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DE102011000282A1 - Shifting the emission wavelength of a metal complex emitting in a given wavelength, to a wavelength which is greater than the given wavelength, useful in e.g. organic diodes, comprises embedding the metal complex into a polymer matrix - Google Patents

Shifting the emission wavelength of a metal complex emitting in a given wavelength, to a wavelength which is greater than the given wavelength, useful in e.g. organic diodes, comprises embedding the metal complex into a polymer matrix Download PDF

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DE102011000282A1
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DE
Germany
Prior art keywords
metal complex
emission
organic
wavelength
given
Prior art date
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Pending
Application number
DE102011000282A
Other languages
German (de)
Inventor
Hartmut Yersin
Rafal Czerwieniec
Dr. Monkowius Uwe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Display Co Ltd
Original Assignee
Cynora GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to US13/981,111 priority patent/US20130299744A1/en
Priority to KR1020137019135A priority patent/KR101622567B1/en
Priority to CN2012800062651A priority patent/CN103354957A/en
Priority to JP2013549839A priority patent/JP2014506725A/en
Priority to EP12703258.9A priority patent/EP2666195A1/en
Priority to PCT/EP2012/050989 priority patent/WO2012098263A1/en
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergrößerung der Stokes-Verschiebung eines emittierenden Metallkomplexes, der im Bereich des Metallzentrums im elektronischen Grundzustand eine gegebene Geometrie aufweist, die sich durch eine optische Anregung oder eine Anregung durch eine Loch-Elektron-Rekombination verändert, sowie eine polymere Matrix, über die die Geometrie-Veränderung im angeregten Zustand beeinflusst werden kann.The invention relates to a method for increasing the Stokes shift of an emitting metal complex having a given geometry in the region of the metal center in the electronic ground state, which changes by optical excitation or excitation by a hole-electron recombination, and a polymeric matrix , which can influence the geometry change in the excited state.

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Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von ein- oder zweikernigen Metallkomplexen als Emitter mit veränderbaren Emissionsfarben, insbesondere in OLEDs (organic light emitting diodes) und in anderen opto-elektronischen Bauteilen.The invention relates to the use of mono- or binuclear metal complexes as emitters with variable emission colors, in particular in OLEDs (organic light-emitting diodes) and in other opto-electronic components.

Einleitungintroduction

Aktuell setzen sich im Bereich der Bildschirm- und Licht-Technik neue Verfahren durch. Es wird möglich sein, flache Displays oder Leuchtflächen mit einer Dicke von unter 0,5 mm zu fertigen. Diese sind durch viele faszinierende Eigenschaften ausgezeichnet. So werden z. B. Leuchtflächen als Tapeten mit sehr geringem Energieverbrauch realisierbar sein. Besonders interessant ist aber, dass Farbbildschirme mit bisher nicht erreichbarer Farb-Echtheit, Helligkeit und Blickwinkelunabhängigkeit, mit geringem Gewicht sowie sehr niedrigem Stromverbrauch herstellbar sein werden. Die Bildschirme werden sich als Mikro-Displays oder Großbildschirme mit mehreren Quadratmetern Fläche in starrer Form oder flexibel, aber auch als Transmissions- oder Reflexions-Displays gestalten lassen. Ferner wird es möglich sein, einfache und kostensparende Herstellungsverfahren wie Siebdruck oder Tintenstrahldruck einzusetzen. Dadurch wird im Vergleich zu herkömmlichen Flachbildschirmen eine sehr preiswerte Fertigung ermöglicht. Diese neue Technik basiert auf dem Prinzip der OLEDs, den Organic Light Emitting Diodes. Darüber hinaus zeichnen sich durch die Verwendung spezieller metall-organischer Materialien (Moleküle) viele neue opto-elektronische Anwendungen, z. B. im Bereich organischer Solarzellen, organischer Feldeffekttransistoren, organischer Photodioden usw. ab.Currently, new processes are being implemented in the area of screen and lighting technology. It will be possible to produce flat displays or illuminated areas with a thickness of less than 0.5 mm. These are distinguished by many fascinating properties. So z. B. lighting surfaces can be realized as wallpaper with very low energy consumption. But it is particularly interesting that color screens with hitherto unattainable color authenticity, brightness and viewing angle independence, with low weight and very low power consumption will be produced. The screens can be designed as micro-displays or large screens with several square meters of surface in rigid form or flexible, but also as transmission or reflection displays. Furthermore, it will be possible to use simple and cost-saving production methods such as screen printing or inkjet printing. As a result, a very inexpensive production is possible compared to conventional flat screens. This new technology is based on the principle of OLEDs, Organic Light Emitting Diodes. In addition, the use of special metal-organic materials (molecules) many new opto-electronic applications, eg. As in the field of organic solar cells, organic field effect transistors, organic photodiodes, etc. from.

So lasst sich besonders für den OLED-Bereich erkennen, dass derartige Anordnungen bereits jetzt wirtschaftlich bedeutend sind, da eine Massenfertigung in Kürze zu erwarten ist. Derartige OLEDs bestehen vorwiegend aus organischen Schichten, die auch flexibel und kostengünstig zu fertigen sind. OLED-Bauelemente lassen sich großflächig als Beleuchtungskörper, aber auch klein als Pixels für Displays gestalten.Thus, it can be seen, especially for the OLED sector, that such arrangements are already economically significant, since mass production is to be expected shortly. Such OLEDs consist predominantly of organic layers, which are also flexible and inexpensive to manufacture. OLED components can be designed over a large area as lighting fixtures, but also as small pixels for displays.

Gegenüber herkömmlichen Technologien, wie etwa Flüssigkristall-Displays (LCDs), Plasma-Displays oder Kathodenstrahlenröhren (CRTs) weisen OLEDs zahlreiche Vorteile auf, wie eine geringe Betriebsspannung von einigen Volt, eine dünne Struktur von einigen hundert nm, hoch-effizient selbst-leuchtende Pixel, einen hohen Kontrast und eine gute Auflösung sowie die Möglichkeit, alle Farben darzustellen. Weiterhin wird in einem OLED Licht beim Anliegen elektrischer Spannung direkt erzeugt, anstelle es nur zu modulieren.Compared to conventional technologies, such as liquid crystal displays (LCDs), plasma displays or cathode ray tubes (CRTs), OLEDs have numerous advantages, such as a low operating voltage of a few volts, a thin structure of several hundred nm, high-efficiency self-luminous pixels , a high contrast and a good resolution as well as the possibility to display all colors. Furthermore, in an OLED light is generated directly when applying electrical voltage, instead of only modulating it.

Einen Überblick über die Funktion von OLEDs findet sich beispielsweise bei H. Yersin, Top. Curr. Chem. 2004, 241, 1 und H. Yersin, „Highly Efficient OLEDs with Phosphorescent Materials”; Wiley-VCH, Weinheim, Germany, 2008 .An overview of the function of OLEDs can be found, for example H. Yersin, Top. Curr. Chem. 2004, 241, 1 and H. Yersin, "Highly Efficient OLEDs with Phosphorescent Materials"; Wiley-VCH, Weinheim, Germany, 2008 ,

Seit den ersten Berichten über OLEDs (siehe z. B. Tang et al., Appl. Phys. Lett. 1987, 51, 913 ) sind diese Vorrichtungen insbesondere im Hinblick auf die eingesetzten Emittermaterialien weiterentwickelt worden, wobei insbesondere in den letzten Jahren sogenannte Triplett- oder auch andere phosphoreszierende Emitter von Interesse sind.Since the first reports on OLEDs (see eg Tang et al., Appl. Phys. Lett. 1987, 51, 913 ), these devices have been further developed, in particular with regard to the emitter materials used, in which so-called triplet or other phosphorescent emitters are of particular interest in recent years.

OLEDs werden in der Regel in Schichtenstrukturen realisiert. Zum besseren Verständnis ist in 1 ein prinzipieller Aufbau eines OLEDs gezeigt. Aufgrund der angelegten äußeren Spannung an einer transparenten Indium-Zinn-Oxid-Anode (ITO) und einer dünnen Metall-Kathode werden von der Anode positive Löcher und von der Kathode negative Elektronen injiziert. Diese verschieden geladenen Ladungsträger gelangen über Zwischenschichten, zu denen auch hier nicht gezeichnete Loch- bzw. Elektronen-Blockierschichten gehören können, in die Emissionsschicht. Dort treffen die entgegengesetzt geladenen Ladungsträger an oder in der Nähe von dotierten Emitter-Molekülen zusammen und rekombinieren. Die Emitter-Moleküle sind in der Regel in Matrix-Molekülen oder Polymermatrizen (in z. B. 2 bis 20 Gew.-%) eingelagert, wobei die Matrix-Materialien so gewählt sind, dass sie auch einen Loch- und Elektronentransport ermöglichen. Der Auswahl der Matrix kommt im Rahmen dieser Erfindung besondere Bedeutung zu, wie weiter unten ausgeführt wird. Durch die Rekombination entstehen Exzitonen (= Anregungszustände), die ihre Überschussenergie auf die jeweilige elektrolumineszierende Verbindung übertragen. Diese elektrolumineszierende Verbindung kann daraufhin in einen bestimmten elektronischen Anregungszustand übergehen, der dann möglichst vollständig und unter weitgehender Vermeidung strahlungsloser Desaktivierungsprozesse durch Lichtemission in den zugehörigen Grundzustand umgewandelt wird.OLEDs are usually realized in layer structures. For better understanding is in 1 a basic structure of an OLED shown. Due to the applied external voltage on a transparent indium-tin-oxide anode (ITO) and a thin metal cathode are injected from the anode positive holes and the cathode negative electrons. These differently charged charge carriers enter the emission layer via intermediate layers, which may also include here not drawn hole or electron blocking layers. There, the oppositely charged charge carriers meet at or near doped emitter molecules and recombine. The emitter molecules are typically incorporated into matrix molecules or polymer matrices (eg, from 2 to 20% by weight), with the matrix materials chosen to also facilitate hole and electron transport. The selection of the matrix is of particular importance in the context of this invention, as will be explained below. The recombination produces excitons (= excitation states), which transfer their excess energy to the respective electroluminescent compound. This electroluminescent compound can then go into a specific electronic excited state, which is then converted as completely as possible and largely avoiding radiation-free deactivation processes by emitting light in the associated ground state.

Als elektronischer Anregungszustand, der auch durch Energieübertragung von einem geeigneten Vorläufer-Exziton gebildet werden kann, kommt, von wenigen Ausnahmen abgesehen, entweder ein Singulett- oder ein Triplett-Zustand, bestehend aus drei Unterzuständen, in Betracht. Da beide Zustände aufgrund der Spinstatistik in der Regel im Verhältnis 1:3 besetzt werden, ergibt sich, dass bei einer Emission aus dem Singulett-Zustand, die als Fluoreszenz bezeichnet wird, nur maximal 25% der erzeugten Exzitonen wieder zur Emission führen. Dagegen können bei einer Triplett-Emission, die als Phosphoreszenz bezeichnet wird, sämtliche Exzitonen ausgenutzt, umgewandelt und als Licht emittiert werden (Triplett-Harvesting), so dass in diesem Fall die Innere Quantenausbeute den Wert von 100% erreichen kann, sofern der mit angeregte und energetisch über dem Triplett-Zustand liegende Singulett-Zustand vollständig in den Triplett-Zustand relaxiert (Inter-System-Crossing, ISC) und strahlungslose Konkurrenzprozesse bedeutungslos bleiben. Somit sind Triplett-Emitter nach dem bisherigen Stand der Technik effizientere Elektro-Luminophore und besser geeignet, in einer organischen Leuchtdiode für eine hohe Lichtausbeute zu sorgen.As an electronic excitation state, which can also be formed by energy transfer from a suitable precursor exciton, there is, with a few exceptions, either a singleton or a triplet state consisting of three sub-states, into consideration. Since both states are usually occupied in a ratio of 1: 3 due to the spin statistics, it follows that for an emission from the singlet state, which is referred to as fluorescence, only a maximum of 25% of the excitons produced lead to emission again. In contrast, in a triplet emission, which is referred to as phosphorescence, all excitons are exploited, converted and emitted as light (triplet harvesting), so that in this case the internal quantum efficiency can reach the value of 100%, if the excited with and energetically over the triplet state singlet state completely relaxed in the triplet state (inter-system crossing, ISC) and radiationless competition processes remain meaningless. Thus, prior art triplet emitters are more efficient electro-luminophores and more suitable for providing high light output in an organic light emitting diode.

Bei den für das Triplett-Harvesting geeigneten Triplett-Emittern werden in der Regel Übergangsmetall-Komplexverbindungen eingesetzt, in denen das Metall aus der dritten Periode der Übergangsmetalle gewählt wird. Hierbei handelt es sich vorwiegend um sehr teure Edelmetalle wie Iridium oder Platin. (Siehe dazu auch H. Yersin, Top. Curr. Chem. 2004, 241, 1 und M. A. Baldo, D. F. O'Brien, M. E. Thompson, S. R. Forrest, Phys. Rev. B 1999, 60, 14422 ). Der wesentliche Grund dafür liegt in der hohen Spin-Bahn-Kopplung (SBK) der Edelmetall-Zentralionen (SBK-Konstante Ir(III): ≈ 4000 cm–1; Pt(II): ≈ 4500 cm–1; Ref.: S. L. Murov, J. Carmicheal, G. L. Hug, Handbook of Photochemistry, 2nd Edition, Marcel Dekker, New York 1993, p. 338 ff ). Durch diese quantenmechanische Eigenschaft wird der ohne SBK für optische Übergänge strikt verbotene Triplett-Singulett-Übergang erlaubt und die für die OLED-Anwendung erforderliche kurze Emissionslebensdauer von wenigen μs erreicht.The triplet emitters suitable for triplet harvesting typically employ transition metal complex compounds in which the metal is selected from the third period of the transition metals. These are predominantly very expensive precious metals such as iridium or platinum. (See also H. Yersin, Top. Curr. Chem. 2004, 241, 1 and MA Baldo, DF O'Brien, ME Thompson, SR Forrest, Phys. Rev. B 1999, 60, 14422 ). The main reason for this is the high spin-orbit coupling (SBK) of the noble metal central ions (SBK constant Ir (III): ≈ 4000 cm -1 , Pt (II): ≈ 4500 cm -1 ; SL Murov, J. Carmicheal, GL Hug, Handbook of Photochemistry, 2nd Edition, Marcel Dekker, New York 1993, p. 338 ff ). By virtue of this quantum mechanical property, the triplet-singlet transition strictly forbidden for optical transitions without SBK is allowed and the short emission lifetime of a few μs required for the OLED application is achieved.

Es wäre von großem wirtschaftlichen Vorteil, wenn diese teuren Edelmetalle durch preiswerte Metalle ersetzt werden könnten. Darüber hinaus ist eine Vielzahl der bisher bekannten OLED-Emitter-Materialien aus ökologischer Sicht nicht unbedenklich, so dass die Verwendung von weniger toxischen Materialien wünschenswert wäre. Hierfür kämen z. B. Kupfer(I)-, Silber(I)- und Gold(I)-Komplexe in Betracht. Allerdings weisen von diesen Zentralionen besonders Cu(I) und Ag(I) eine wesentlich geringere SBK auf (SBK-Konstanten von Cu(I): 850 cm–1, Ag(I): ≈ 1780 cm–1, Au(I): ≈ 5100 cm–1; Ref.: S. L. Murov, J. Carmicheal, G. L. Hug, Handbook of Photochemistry, 2nd Edition, Marcel Dekker, New York 1993, p. 338 ff ), als die oben genannten Zentralionen. Damit wären die sehr wichtigen Triplett-Singulett-Übergänge von Cu(I)- bzw. Ag(I)-Komplexen relativ stark verboten, und Emissionslebensdauern wären für OLED-Anwendungen mit einigen 100 μs bis zu mehreren ms zu lang. Bei derart langen Emissionsabklingzeiten ergeben sich mit wachsenden Stromdichten und die dadurch resultierende Besetzung eines Großteils oder aller Emittermoleküle Sättigungseffekte. In der Folge können weitere Ladungsträger-Ströme nicht mehr vollständig zur Besetzung der angeregten und emittierenden Zustände führen. Es resultieren dann nur stärkere unerwünschte ohmsche Verluste. Infolgedessen ergibt sich mit steigender Stromdichte ein deutlicher Effizienz-Abfall des OLED-Devices (sog. ”Roll-Off” Verhalten). In ähnlich ungünstiger Weise wirken sich die Effekte der Triplett-Triplett-Annihilation und des Self-Quenchens aus (siehe dazu z. B. H. Yersin, „Highly Effizient OLEDs with Phosphorescent Materials”, Wiley-VCH, Weinheim 2008 und S. R. Forrest et al., Phys. Rev. B 2008, 77, 235215 ). So zeigen sich insbesondere Nachteile bei der Verwendung derartiger Emitter für OLED-Beleuchtungen, bei denen eine hohe Leuchtdichte, z. B. von über 1000 cd/m2 gefordert wird. (Vergleiche: J. Kido et al. Jap. J. Appl. Phys. 2007, 46, L10. ) Darüber hinaus sind Moleküle in elektronisch angeregten Zuständen in der Regel chemisch reaktiver als Moleküle in Grundzuständen, so dass die Wahrscheinlichkeit unerwünschter chemischer Reaktionen mit der Länge der Emissionslebensdauer wachst, Durch derartige unerwünschte chemische Reaktionen wird dann die Device-Lebensdauer verringert. Ein bedeutender Nachteil liegt auch darin, dass bei langer Emissionslebensdauer und der damit verbundenen kleinen radiativen Emissionsrate zumeist die strahlungslosen Prozesse überwiegen. Infolgedessen werden die Emissionsquantenausbeuten unerwünscht gering.It would be of great economic benefit if these expensive precious metals could be replaced by cheap metals. In addition, a variety of previously known OLED emitter materials from an environmental point of view is not safe, so that the use of less toxic materials would be desirable. For this z. As copper (I) -, silver (I) - and gold (I) complexes into consideration. However, especially of these central ions Cu (I) and Ag (I) have a significantly lower SBK (SBK constants of Cu (I): 850 cm -1 , Ag (I): ≈ 1780 cm -1 , Au (I) : ≈ 5100 cm -1 ; Ref .: SL Murov, J. Carmicheal, GL Hug, Handbook of Photochemistry, 2nd Edition, Marcel Dekker, New York 1993, p. 338 ff ), as the above-mentioned central ions. Thus, the very important triplet-singlet transitions of Cu (I) or Ag (I) complexes would be relatively forbidden, and emission lifetimes would be too long for OLED applications with some 100 μs up to several ms. With such long emission decay times, saturation effects arise with increasing current densities and the resulting occupation of a majority or all of the emitter molecules. As a result, further charge carrier currents can no longer completely lead to the occupation of the excited and emitting states. This results in only stronger unwanted ohmic losses. As a result, as the current density increases, there is a significant drop in the efficiency of the OLED device (so-called "roll-off" behavior). The effects of triplet-triplet annihilation and self-quenching are similarly unfavorable (see, for example, H. Yersin, "Highly Efficient OLEDs with Phosphorescent Materials", Wiley-VCH, Weinheim 2008 and SR Forrest et al., Phys. Rev. B 2008, 77, 235215 ). Thus, in particular drawbacks in the use of such emitters for OLED lighting, where a high luminance, z. B. of more than 1000 cd / m 2 is required. (Compare: J. Kido et al. Jap. J. Appl. Phys. 2007, 46, L10. In addition, molecules in electronically excited states tend to be more chemically reactive than molecules in ground states, thus increasing the likelihood of unwanted chemical reactions with the length of emission lifetime. Such undesirable chemical reactions will then reduce device lifetime. Another significant disadvantage is that with long emission lifetimes and the associated small radiative emission rate, radiationless processes usually predominate. As a result, the emission quantum yields become undesirably low.

Darüber hinaus weisen die Emitter-Materialien in der Regel jeweils feste Emissionsfarben auf. So können spezielle Anforderungen an Emissionsfarben in vielen Fällen nicht erfüllt werden. Von besonderer technologischer Bedeutung ist z. B. die Realisierung von Weiß-Licht-Emittern. Für diese muss ein sehr breites, aus verschiedenen Grundfarben überlagertes Farbspektrum erzeugt werden. Auch in diesem Bereich besteht ein Defizit bei den bisher zur Verfügung stehenden Materialien.In addition, the emitter materials usually each have fixed emission colors. Thus, special requirements for emission colors can not be met in many cases. Of particular technological importance is z. B. the realization of white-light emitters. For these, a very broad color spectrum superimposed from different primary colors has to be generated. Also in this area there is a deficit in the materials available so far.

Es ist Ziel dieser Erfindung, die Emissionsfarben bestimmter Emitter anzupassen.It is an object of this invention to tailor the emission colors of particular emitters.

Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention

In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verschiebung der Emissionswellenlänge eines bei einer gegebenen Wellenlänge emittierenden Metallkomplexes hin zu Wellenlängen, die größer sind als die gegebene Wellenlänge. Mit anderen Worten, die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergrößerung der Stokes-Verschiebung eines emittierenden Metallkomplexes.In a first aspect, the invention relates to a method of shifting the emission wavelength of a metal complex emitting at a given wavelength to wavelengths that are larger as the given wavelength. In other words, the invention relates to a method for increasing the Stokes shift of an emitting metal complex.

Die Stokes-Verschiebung eines emittierenden Metallkomplexes ist die Wellenlängendifferenz zwischen der niederenergetischsten Absorption (niederenergetischster Absorptionspeak) und dem Hauptmaximum der Emission (Emissionspeak). Die Stokes-Verschiebung bezieht sich zum Beispiel auf die Absorption von dem Singulett-Grundzustand in den tiefsten angeregten Singulett-Zustand sowie auf die Emission aus diesem angeregten Singulett-Zustand in den Singulett-Grundzustand.The Stokes shift of an emitting metal complex is the wavelength difference between the lowest energy absorption (lowest energy absorption peak) and the main emission maximum (emission peak). The Stokes shift, for example, refers to the absorption from the singlet ground state to the lowest excited singlet state, as well as the emission from that excited singlet state to the singlet ground state.

Bei dem Verfahren wird mindestens ein Metallkomplex verwendet, der die folgenden Eigenschaften hat: Er weist im Bereich des Metallzentrums im elektronischen Grundzustand eine gegebene Geometrie auf und strebt im elektronisch angeregten Zustand eine veränderte Geometrie an. Die Geometrieveränderung hängt von der Umgebung des emittierenden Komplexes ab, insbesondere von einer umgebenden polymeren Matrix.In the process, at least one metal complex is used which has the following properties: It has a given geometry in the area of the metal center in the electronic ground state and, in the electronically excited state, it aims at a changed geometry. The change in geometry depends on the environment of the emitting complex, in particular on a surrounding polymeric matrix.

Erfindungsgemäß weist das Verfahren den Schritt der Einbettung des Metallkomplexes in eine polymere Matrix auf. Die polymere Matrix muss dabei so beschaffen sein, dass die Geometrieveränderung des eingebetteten Metallkomplexes möglich ist, sobald dieser elektronisch angeregt wird. Die elektronische Anregung kann beispielsweise durch eine optische Lichtanregung erfolgen oder in einem OLED mittels einer Loch-Elektron-Rekombination, Die Art der Geometrieveränderung wird weiter unten erläutert.According to the invention, the method comprises the step of embedding the metal complex in a polymeric matrix. The polymeric matrix must be such that the geometry change of the embedded metal complex is possible as soon as it is electronically excited. The electronic excitation can be done for example by an optical light excitation or in an OLED by means of a hole-electron recombination, The nature of the geometry change is explained below.

In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Zusammensetzung, die a) mindestens einen emittierenden Metallkomplex, mit einer im Bereich des Metallzentrums im elektronischen Grundzustand gegebenen Geometrie, aufweist, welche sich durch elektronische Anregung verändert und b) eine polymere Matrix aufweist. Der Metallkomplex ist dabei derart in die polymere Matrix eingebettet, dass die gegebene Geometrie des Metallkomplexes durch eine elektronische Anregung (wie optische Lichtabsorption oder Loch-Elektron-Rekombination) verändert wird.In a second aspect, the invention relates to a composition which comprises a) at least one emitting metal complex having a geometry in the region of the metal center in the electronic ground state, which changes by electronic excitation and b) has a polymeric matrix. The metal complex is embedded in the polymeric matrix in such a way that the given geometry of the metal complex is changed by an electronic excitation (such as optical light absorption or hole-electron recombination).

In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung gilt sowohl für das eingangs beschriebene Verfahren als auch für die Zusammensetzung folgendes:
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der verwendete Metallkomplex einen ΔE(S1 – T1)-Wert zwischen dem untersten angeregten Singulett (S1)- und dem darunter liegenden Triplett(T1)-Zustand von kleiner als 2500 cm–1, bevorzugt von kleiner als 1500 cm–1, besonders bevorzugt von kleiner als 1000 cm–1, ganz besonders bevorzugt von kleiner 500 cm–1 auf.
In preferred embodiments of the invention, the following applies to both the method described in the beginning and the composition:
In a preferred embodiment of the invention, the metal complex used has a ΔE (S 1 -T 1 ) value between the lowest excited singlet (S 1 ) and the underlying triplet (T 1 ) state of less than 2500 cm -1 , preferably less than 1500 cm -1 , more preferably less than 1000 cm -1 , most preferably less than 500 cm -1 .

Der emittierende Metallkomplex mit einer im Bereich des Metallzentrums im elektronischen Grundzustand gegebenen Geometrie kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus einkernigen Metallkomplexen und zweikernigen Metallkomplexen. In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist der Metallkomplex ein Kupfer-, Gold- oder Silber-Komplex. Bevorzugter Weise ist der einkernige Metallkomplex ein Komplex nach Formel I und der zweikernige Metallkomplex ein Komplex nach Formel II, die unten wiedergegeben sind.The emitting metal complex with a given geometry in the region of the metal center in the electronic ground state can be selected from the group consisting of mononuclear metal complexes and binuclear metal complexes. In preferred embodiments of the invention, the metal complex is a copper, gold or silver complex. Preferably, the mononuclear metal complex is a complex of Formula I and the binuclear metal complex is a complex of Formula II, shown below.

In dem Verfahren ist die Veränderung der gegebenen Geometrie durch die elektronische Anregung insbesondere die Veränderung einer tetraedrischen Koordination in Richtung einer quadratisch-planaren Koordination, was einer Veränderung mit einer Planarisierungstendenz entspricht.In the method, the change of the given geometry by the electronic excitation is, in particular, the change of a tetrahedral coordination in the direction of a square-planar coordination, which corresponds to a change with a Planarisierungstendenz.

Der im Rahmen des Verfahrens verwendete und in der Zusammensetzung vorhandene elektronisch angeregte Metallkomplex weist bevorzugt eine Emissionslebensdauer von höchstens 20 μs, bevorzugt von höchstens 10 μs auf. Weiterhin bevorzugt ist es, dass der elektronisch angeregte, geometrisch noch kaum verzerrte Metallkomplex, also z. B. eingebettet in relativ starrer kristalliner Form, eine Emissionsquantenausbeute des Feststoffs von größer 30%, bevorzugt größer 50%, besonders bevorzugt größer 70% aufweist.The electronically excited metal complex used in the process and present in the composition preferably has an emission lifetime of at most 20 μs, preferably of at most 10 μs. It is further preferred that the electronically excited, geometrically hardly distorted metal complex, ie z. B. embedded in relatively rigid crystalline form, an emission quantum yield of the solid of greater than 30%, preferably greater than 50%, more preferably greater than 70%.

Mittels des Verfahrens kann die Stokes-Verschiebung durch die Einbettung des Metallkomplexes in die polymere Matrix um 10 nm, um 50 nm, um 100 nm, oder um 150 nm vergrößert werden, so dass eine Zusammensetzung bereitgestellt werden kann, die einen Metallkomplex-Emitter mit einer entsprechend veränderbaren Stokes-Verschiebung aufweist.By the method, the Stokes shift can be increased by embedding the metal complex in the polymeric matrix by 10 nm, 50 nm, 100 nm, or 150 nm, so that a composition comprising a metal complex emitter can be provided having a correspondingly variable Stokes shift.

Ebenso kann mittels des Verfahrens das Emissionsspektrum des Metallkomplexes durch die Einbettung in die polymere Matrix verbreitert werden, insbesondere um 10 nm bis 100 nm.Likewise, by means of the method, the emission spectrum of the metal complex can be broadened by embedding in the polymeric matrix, in particular by 10 nm to 100 nm.

Als polymere Matrix kann ein amorphes, weiches Polymer (z. B. Polysiloxane, Polyethylenoxide), ein mittel-rigides (z. B. PMMA = Polymethylmetacrylate, Polycarbonate) oder ein sehr rigides Polymer (z. B. Polyphenylenoxide) eingesetzt werden. Die Rigidität lässt sich durch Verwendung vernetzbarer Polymere stark erhöhen, wobei die Vernetzung mittels thermischer oder UV-Aktivierung ausgelöst werden kann. Der geeignete Grad der „Härte” bzw. der „Weichheit” der polymeren Martrix kann beispielsweise auch durch Tempern verändert werden.As the polymeric matrix, an amorphous, soft polymer (eg, polysiloxanes, polyethylene oxides), a medium-rigidity (eg, PMMA = polymethylmethacrylate, polycarbonates) or a very rigid polymer (e.g. Polyphenylene oxides) can be used. The rigidity can be greatly increased by using crosslinkable polymers, wherein the crosslinking can be triggered by thermal or UV activation. The appropriate degree of "hardness" or "softness" of the polymeric Martrix can also be changed by annealing, for example.

Durch das Verfahren kann eine Veränderung der Emissionsfarbe des Metallkomplexes erreicht werden, wobei eine Veränderung bis hin zu weißem Licht möglich ist. Dazu ist insbesondere eine große Stokes-Verschiebung mit einer starken Verbreiterung vorteilhaft.By the method, a change in the emission color of the metal complex can be achieved, with a change to white light is possible. In particular, a large Stokes shift with a strong broadening is advantageous for this purpose.

Die Zusammensetzung führt im Vergleich zu dem Metallkomplex als Feststoff zu einem Emitter mit veränderter Farbemission. Besonders bevorzugt sind Zusammensetzungen, bei denen der eingebettete Metallkomplex weißes Licht emittiert.The composition results in an emitter with altered color emission compared to the metal complex as a solid. Particularly preferred are compositions in which the embedded metal complex emits white light.

In einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung opto-elektronische Vorrichtungen aufweisend eine Zusammensetzung der hier beschriebenen Art.In a third aspect, the invention relates to opto-electronic devices comprising a composition of the type described herein.

Insbesondere in OLEDs ist die erfindungsgemäße Zusammensetzung im Bereich der Emissionsschicht gegeben durch das Verhältnis der Masse des Metallkomplexes zur Masse des Matrixmaterials von zwischen 1 Gew.-% bis 99 Gew.-%. Bevorzugt sind 2 Gew.-% bis 20 Gew.-%.In particular in OLEDs, the composition according to the invention in the region of the emission layer is given by the ratio of the mass of the metal complex to the mass of the matrix material of between 1% by weight to 99% by weight. Preference is given to 2% by weight to 20% by weight.

In einem vierten Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung eines Verfahrens der hier beschriebenen Art oder einer Zusammensetzung der hier beschriebenen Art in einer opto-elektronischen Vorrichtung.In a fourth aspect, the invention relates to the use of a method of the type described herein or a composition of the type described herein in an opto-electronic device.

Der hier verwendete Begriff opto-elektronische Vorrichtung bezieht sich auf organische Leuchtidioden (OLEDs), lichtemittierende elektrochemische Zellen (LEECs oder LECs), OLED-Sensoren, insbesondere nicht hermetisch nach außen abgeschirmte Gas- und Dampf-Sensoren, organische Solarzellen (OSCs), organische Feldeffekttransistoren, organische Laser, organische Dioden, organische Photodioden und „down conversion” Systeme.The term opto-electronic device used here refers to organic light emitting diodes (OLEDs), light emitting electrochemical cells (LEECs or LECs), OLED sensors, in particular non-hermetically shielded gas and vapor sensors, organic solar cells (OSCs), organic Field effect transistors, organic lasers, organic diodes, organic photodiodes and "down conversion" systems.

Demzufolge betrifft die Erfindung die Schaffung und Bereitstellung von Zusammensetzungen und ihre Verwendung, wobei die Zusammensetzungen insbesondere folgende Eigenschaften zeigen:

  • – relativ kurze Emissionslebensdauer von nur wenigen μs,
  • – hohe Emissionsquantenausbeuten von größer 30%,
  • – Veränderbarkeit der Emissionsfarben,
  • – Veränderbarkeit der Breite der Emissionsbanden.
Accordingly, the invention relates to the provision and provision of compositions and their use, the compositions in particular having the following properties:
  • Relatively short emission life of only a few μs,
  • High emission quantum yields of greater than 30%,
  • - changeability of emission colors,
  • - Changeability of the breadth of the emission bands.

Ausführliche Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

Singulett-HarvestingSinglet Harvesting

Von besonderer Bedeutung ist es, das starke Übergangsverbot vom angeregten Triplett-Zustand T1 zum Singulett-Zustand So zu lockern und Emitter-Moleküle mit möglichst kurzer Emissionslebensdauer, aber dennoch hoher Emissionsquantenausbeute zu entwickeln. OLEDs unter Verwendung derartiger Emitter zeigen dann ein deutlich geringeres Roll-Off-Verbalten der Effizienz und ermöglichen darüber hinaus eine längere Lebensdauer der opto-elektronischen Vorrichtung.It is of particular importance to relax the strong transitional ban from the excited triplet state T 1 to the singlet state So and to develop emitter molecules with the shortest possible emission lifetime but nevertheless a high emission quantum yield. OLEDs using such emitters then show a significantly lower roll-off efficiency and allow a longer life of the opto-electronic device.

Überraschenderweise lässt sich die oben beschriebene Problematik durch die vorliegende Erfindung lösen, indem Emitter-Moleküle zur Verwendung kommen, die bestimmte elektronische Strukturen bzw. Singulett-Triplett-Energieabstände aufweisen und die den Singulett-Harvesting-Effekt zeigen. In 2a ist ein Energieniveauschema für Übergangsmetall-Komplexe mit kleiner oder sich nur in geringem Maße auswirkender Spin-Bahn-Kopplung (z. B. Metallkomplexe der ersten und zweiten Periode der Übergangsmetalle oder Metallkomplexe mit weitgehend liganden-zentrierten Triplett-Zuständen auch der dritten Periode) schematisch dargestellt. Anhand dieses Schemas sollen die photo-physikalischen Elektrolumineszenz-Eigenschaften dieser Moleküle erläutert werden. Die Loch-Elektron-Rekombination, wie sie beispielsweise in einem opto-elektronischen Bauelement bzw. einer opto-elektronischen Vorrichtung erfolgt, führt im statistischen Mittel zu 25% zur Besetzung des Singulett-Zustandes (1 Singulettpfad) und zu 75% zur Besetzung des um ΔE1(S1 – T1) tiefer liegenden Triplett-Zustandes (3 Triplettpfade). Die in den S1-Zustand gelangende Anregung relaxiert aufgrund des Inter-System-Crossing(ISC)-Prozesses, der bei übergangsmetall-organischen Komplexen in der Regel schneller als in 10–12 s erfolgt, in den T1-Zustand. Die radiative Emissionslebensdauer des Triplett-Zustandes ist für diese Metallkomplexe sehr lang (z. B. 50 μs bis 1000 μs oder länger). Emitter mit derart langen Abklingzeiten sind kaum für OLED-Anwendungen geeignet.Surprisingly, the problem described above can be solved by the present invention by using emitter molecules that have specific electronic structures or singlet-triplet energy distances and that exhibit the singlet harvesting effect. In 2a For example, an energy level scheme for transition metal complexes with little or little impact spin-orbit coupling (eg, metal complexes of the first and second period of the transition metals or metal complexes with largely ligand-centered triplet states, including the third period) is schematic shown. Based on this scheme, the photo-physical electroluminescence properties of these molecules will be explained. The hole-electron recombination, as is done for example in an opto-electronic device or an opto-electronic device, leads to a statistical average of 25% for the occupation of the singlet state (1 singlet path) and 75% for the occupation of ΔE 1 (S 1 -T 1 ) deeper triplet state (3 triplet paths). The excitation that enters the S 1 state relaxes to the T 1 state due to the inter-system crossing (ISC) process, which is usually faster for transition-metal-organic complexes than for 10 -12 s. The radiative emission lifetime of the triplet state is very long for these metal complexes (eg 50 μs to 1000 μs or longer). Emitters with such long decay times are hardly suitable for OLED applications.

Der Nachteil des oben beschriebenen Standes der Technik lässt sich vermeiden, indem Metallkomplexe gewählt werden, die einen ΔE2(S1 – T1)-Wert zwischen dem untersten angeregten Singulett (S1)- und dem darunter liegenden Triplett(T1)-Zustand von kleiner als 2500 cm–1 aufweisen. Das ist durch das in 2b gezeigte Energieniveaudiagramm für veranschaulicht. Diese Energiedifferenz ist klein genug, um eine thermische Rückbesetzung des S1-Zustandes aus dem T1-Zustand gemäß einer Boltzmann-Verteilung bzw. gemäß der thermischen Energie kBT zu ermöglichen. Damit kann eine thermisch aktivierte Lichtemission aus dem S1-Zustand erfolgen. Dieser Vorgang läuft gemäß Gleichung (1) ab Int(S1 → S0)/Int(T1 → S0) = k(S1)/k(T1)exp(–ΔE(S1 – T1)/kBT) (1) The disadvantage of the prior art described above can be avoided by choosing metal complexes having a ΔE 2 (S 1 -T 1 ) value between the lowest excited singlet (S 1 ) and the underlying triplet (T 1 ). Condition of less than 2500 cm -1 have. That's through the in 2 B illustrated energy level diagram for illustrated. This energy difference is small enough to permit a thermal reoccupation of the S 1 state from the T 1 state according to a Boltzmann distribution or according to the thermal energy k B T. This can be a thermally activated light emission from the S 1 state. This process takes place according to equation (1) Int (S 1 → S 0 ) / Int (T 1 → S 0 ) = k (S 1 ) / k (T 1 ) exp (-ΔE (S 1 -T 1 ) / k B T) (1)

Hierin stellt Int(S1 – S0)/Int(T1 – S0) das Intensitätverhältnis der Emission aus dem S1-Zustand und aus dem T1-Zustand dar, kB ist die Boltzmann-Konstante und T die absolute Temperatur. k(S1)/k(T1) ist das Ratenverhältnis der (radiativen) Übergangsprozesse in den elektronischen Grundzustand S0. Zum Beispiel für Cu(I)-Komplexe liegt dieses Verhältnis zwischen 102 bis 104. Erfindungsgemäß besonders bevorzugt sind Moleküle mit einem Ratenverhältnis von 103 bis 105. ΔE(S1 – T1) steht für die Energiedifferenz ΔE2(S1 – T1) gemäß 2b.Here, Int (S 1 -S 0 ) / Int (T 1 -S 0 ) represents the intensity ratio of the emission from the S 1 state and the T 1 state, k B is the Boltzmann constant, and T is the absolute temperature , k (S 1 ) / k (T 1 ) is the rate ratio of the (radiative) transition processes into the electronic ground state S 0 . For example, for Cu (I) complexes, this ratio is between 10 2 to 10 4 . Particularly preferred according to the invention are molecules with a rate ratio of 10 3 to 10 5 . ΔE (S 1 - T 1 ) represents the energy difference ΔE 2 (S 1 - T 1 ) according to 2 B ,

Durch den beschriebenen Prozess der thermischen Rückbesetzung wird aus dem besetzten Triplett ein Emissionskanal über den Singulett-Zustand S1 geöffnet. Da der Übergang aus dem S1- in den S0-Zustand stark erlaubt ist, wird die Triplett-Anregungsenergie praktisch vollständig als Lichtemission über den Singulett-Zustand gewonnen. Dieser Effekt ist umso ausgeprägter, je kleiner die Energiedifferenz ΔE(S1 – T1) ist. Daher sind Cu(I)-Komplexe (und auch Ag(I)- sowie Au(I)-Komplexe) bevorzugt, die einen ΔE(S1 – T1)-Wert zwischen dem untersten angeregten Singulett- und dem darunter liegenden Triplett-Zustand von kleiner als 1500 cm–1, bevorzugt von kleiner als 1000 cm–1 und besonders bevorzugt von kleiner als 500 cm–1 aufweisen.The described process of thermal reoccupation opens an emission channel via the singlet state S 1 from the occupied triplet. Since the transition from the S 1 to the S 0 state is strongly allowed, the triplet excitation energy is recovered almost completely as light emission via the singlet state. This effect is the more pronounced the smaller the energy difference ΔE (S 1 -T 1 ). Therefore, preference is given to Cu (I) complexes (and also Ag (I) and Au (I) complexes) which have a ΔE (S 1 -T 1 ) value between the lowest excited singlet and the underlying triplet State of less than 1500 cm -1 , preferably of less than 1000 cm -1 and more preferably of less than 500 cm -1 .

Anhand eines Zahlenbeispiels soll dieser Effekt erläutert werden. Bei einer typischen Energiedifferenz von ΔE(S1 – T1) = 800 cm–1 ergibt sich für Raumtemperaturanwendungen (T = 300 K) mit kBT = 210 cm–1 und einem Ratenverhältnis von 103 ein Intensitätsverhältnis gemäß Gleichung (1) von ca. 20. Das heißt, der Singulett-Emissionsprozess dominiert für ein Molekül mit diesen Beispielwerten sehr stark.Based on a numerical example, this effect will be explained. For a typical energy difference of ΔE (S 1 -T 1 ) = 800 cm -1 , an intensity ratio according to equation (1) results for room temperature applications (T = 300 K) with k B T = 210 cm -1 and a rate ratio of 10 3. This means that the singlet emission process dominates very strongly for a molecule with these example values.

Die Emissionslebensdauer dieses Beispiel-Moleküls verändert sich auch deutlich. Durch die thermische Rückbesetzung ergibt sich eine mittlere Lebensdauer τav. Diese lässt sich näherungsweise gemäß Gleichung (2) beschreiben τav ≈ τ(S1)·exp(ΔE(S1 – T1)/kBT) (2) The emission lifetime of this example molecule also changes significantly. The thermal reoccupation results in a mean lifetime τ av . This can be described approximately according to equation (2) τ av ≈ τ (S 1 ) · exp (ΔE (S 1 -T 1 ) / k B T) (2)

Hierin ist τ(S1) die Fluoreszenzlebensdauer ohne Rückbesetzung und τav die Emissionslebensdauer, die bei Öffnung des Rückbesetzungskanals durch die beiden Zustände T1 und S1 bestimmt wird (siehe 2b). Die anderen Größen wurden oben definiert.Herein, τ (S 1 ) is the fluorescence lifetime without reoccupation, and τ av is the emission lifetime determined by the two states T 1 and S 1 when the reoccurrence channel is opened (see FIG 2 B ). The other sizes have been defined above.

Gleichung (2) soll wieder durch ein Zahlenbeispiel erläutert werden. Für die angenommene Energiedifferenz von ΔE(S1 – T1) = 800 cm–1 und einer Abklingzeit des fluoreszierenden S1 Zustandes von 50 ns ergibt sich eine Emissionsabklingzeit (der beiden Zustände) von τav 2 μs. Diese Abklingzeit ist kürzer, als die der meisten sehr guten Ir(III)- oder Pt(II)-Triplett-Emitter, die im Stand der Technik bekannt sind.Equation (2) should again be explained by a numerical example. For the assumed energy difference of ΔE (S 1 - T 1 ) = 800 cm -1 and a decay time of the fluorescent S 1 state of 50 ns results in an emission decay time (of the two states) of τ av 2 μs. This cooldown is shorter than most of the very good Ir (III) or Pt (II) triplet emitters known in the art.

Zusammenfassend lassen sich also unter Verwendung dieses Singulett-Harvesting-Verfahrens für Komplexe, insbesondere gemäß den unten genannten Formeln I und II im Idealfall nahezu sämtliche, d. h. maximal 100% der Exzitonen erfassen und über eine Singulett-Emission in Licht umwandeln. Darüber hinaus gelingt es, die Emissionsabklingzeit drastisch unter den Wert der reinen Triplett-Emission dieser Komplexe, die in der Regel bei einigen hundert μs bis ms liegt, zu verkürzen. Daher ist die erfindungsgemäße Verwendung entsprechender Komplexe für opto-elektronische Bauelemente – wie OLEDs – besonders geeignet.In summary, therefore, using this singlet harvesting method for complexes, in particular according to Formulas I and II below, ideally almost all, i. H. capture a maximum of 100% of the excitons and convert it into light via a singlet emission. In addition, it is possible to shorten the emission decay time drastically below the value of the pure triplet emission of these complexes, which is generally a few hundred μs to ms. Therefore, the inventive use of corresponding complexes for opto-electronic components - such as OLEDs - particularly suitable.

Komplexe mit den oben beschriebenen Eigenschaften, d. h. u. a. mit kleiner Singulett-Triplett-Energiedifferenz ΔE(S1 – T1), sind bevorzugt mit den unten angegebenen generellen Formeln I und II zu beschreiben. Die elektronischen Übergänge, die das optische Verhalten dieser Komplexe steuern, weisen einen ausgeprägten Metall-zu-Ligand-Charge-Transfer Charakter auf. Mit diesem Übergangstyp ist ein relativ kleiner Wert des dem Fachmann bekannten quantenmechanischen Austauschintegrals verbunden. Damit resultiert dann die gewünschte kleine Energiedifferenz ΔE(S1 – T1).Complexes with the above-described properties, ie inter alia with a small singlet-triplet energy difference .DELTA.E (S 1 - T 1) are preferred to describe in the below general formulas I and II. The electronic transitions, which control the optical behavior of these complexes, show a pronounced metal-to-ligand charge-transfer character. With this transition type is a relatively small value of connected to the expert known quantum mechanical exchange integral. This then results in the desired small energy difference ΔE (S 1 -T 1 ).

Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt ein Verfahren zur Auswahl von Komplexen, deren ΔE(S1 – T1)-Wert zwischen dem untersten angeregten Singulett-(S1) und dem darunter liegenden Triplett-Zustand (T1) kleiner als 2500 cm–1, bevorzugt kleiner als 1500 cm–1, besonders bevorzugt kleiner als 1000 cm–1, ganz besonders bevorzugt kleiner 500 cm–1 ist.In a further aspect, the invention relates to a method for the selection of complexes whose ΔE (S 1 -T 1 ) value between the lowest excited singlet (S 1 ) and the underlying triplet state (T 1 ) is less than 2500 cm -1 , preferably less than 1500 cm -1 , more preferably less than 1000 cm -1 , most preferably less than 500 cm -1 .

Die Bestimmung des ΔE(S1 – T1)-Wertes kann sowohl durch quantenmechanische Berechnungen mittels der im Stand der Technik bekannten Computerprogramme (z. B. mittels Turbomole-Programmen unter Ausführung von TDDFT- und unter Berücksichtigung von CC2-Rechnungen) oder – wie weiter unten erläutert wird – experimentell durchgeführt werden.The determination of the ΔE (S 1 -T 1 ) value can be carried out both by quantum mechanical calculations by means of the computer programs known in the prior art (for example by means of turbomole programs using TDDFT and CC2 calculations) or as explained below - be carried out experimentally.

Die Energiedifferenz ΔE(S1 – T1), insbesondere der durch die Formeln I und II beschriebenen Komplexe, lässt sich näherungsweise quantenmechanisch durch das mit dem Faktor 2 multiplizierte sogenannte Austauschintegral beschreiben. Dessen Wert hängt direkt ab von der Ausgeprägtheit des sogenannten Charge-Transfer-Charakters unter Beteiligung der Metall-d-Orbitale und der Liganden-π*-Orbitale. Das heißt, ein elektronischer Übergang zwischen den verschiedenen Orbitalen repräsentiert einen Metall-zu-Ligand-Charge-Transfer(CT)-Übergang. Je geringer die Überlappung der oben beschriebenen Molekülorbitale ist, desto ausgeprägter ist der elektronische Charge-Transfer Charakter. Das ist dann mit einer Abnahme des Austausch-Integrals und somit einer Abnahme der Energiedifferenz ΔE(S1 – T1) verbunden. Aufgrund dieser photophysikalischen (quantenmechanischen) Eigenschaften lassen sich die erfindungsgemäßen Energiedifferenzen mit ΔE(S1 – T1) kleiner 2500 cm–1 oder kleiner 1500 cm–1 oder kleiner 1000 cm–1 oder sogar kleiner 500 cm–1 erreichen.The energy difference ΔE (S 1 -T 1 ), in particular the complexes described by the formulas I and II, can be described approximately quantum mechanically by the so-called exchange integral multiplied by the factor 2. Its value depends directly on the expressiveness of the so-called charge-transfer character involving the metal d orbitals and the ligand π * orbitals. That is, an electronic transition between the different orbitals represents a metal to ligand charge transfer (CT) transition. The smaller the overlap of the molecular orbitals described above, the more pronounced is the electronic charge transfer character. This is then associated with a decrease in the exchange integral and thus a decrease in the energy difference ΔE (S 1 -T 1 ). Because of these photophysical (quantum mechanical) properties, the energy differences according to the invention can be achieved with ΔE (S 1 -T 1 ) of less than 2500 cm -1 or less than 1500 cm -1 or less than 1000 cm -1 or even less than 500 cm -1 .

Die Bestimmung des ΔE(S1 – T1)-Wertes kann experimentell folgendermaßen erfolgen: Für einen vorgegebenen Komplex lässt sich der Energieabstand ΔE(S1 – T1) unter Verwendung der oben angegebenen Gleichung (1) einfach bestimmen. Eine Umformung ergibt: In{Int(S1 → S0)/Int(T1 → S0)} = In{k(S1)/k(T1)} – (ΔE(S1 – T1)/kB)(1/T) (3) The determination of AE (S 1 - T 1) value can be made experimentally as follows: For a given complex, the energy difference .DELTA.E leaves (S 1 - T 1) using the above equation (1) simply determine. A transformation results in: In {Int (S 1 → S 0 ) / Int (T 1 → S 0 )} = In {k (S 1 ) / k (T 1 )} - (ΔE (S 1 -T 1 ) / kB) (1 / T) (3)

Für die Messung der Intensitäten Int(S1 → S0) und Int(T1 → S0) kann jedes handelsübliche Spektralphotometer verwendet werden. Eine graphische Auftragung der bei verschiedenen Temperaturen gemessenen (logarithmierten) Intensitätsverhältnisse In{Int(S1 → S0)/Int(T1 → S0)} gegen den Kehrwert der absoluten Temperatur T ergibt in der Regel eine Gerade. Die Messung wird in einem Temperaturbereich von Raumtemperatur (300 K) bis 77 K oder bis 4,2 K durchgeführt, wobei die Temperatur mittels eines Kryostaten eingestellt wird. Die Intensitäten werden aus den (korrigierten) Spektren bestimmt, wobei Int(S1 → S0) bzw. Int(T1 → S0) die integrierten Fluoreszenz- bzw. Phosphoreszenz-Bandenintensitäten repräsentieren, welche sich mittels der zum Spektralphotometer gehörenden Programme bestimmen lassen. Die jeweiligen Übergänge (Bandenintensitäten) lassen sich leicht identifizieren, da die Triplett-Bande bei niedrigerer Energie liegt als die Singulett-Bande und mit sinkender Temperatur an Intensität gewinnt. Dabei werden die Messungen in sauerstofffreien verdünnten Lösungen (ca. 10–2 mol L–1) oder an dünnen Filmen aus den entsprechenden Molekülen oder an mit den entsprechenden Molekülen dotierten Filmen durchgeführt. Verwendet man als Probe eine Lösung, so empfiehlt es sich, ein Lösemittel bzw. Lösemittelgemisch zu verwenden, das bei tiefen Temperaturen Glaser bildet, wie 2-Methyltetrahydrofuran, Butyronitril, Toluol, Ethanol oder aliphatische Kohlenwasserstoffe. Verwendet man als Probe einen Film, so eignet sich die Verwendung einer Matrix mit einer deutlich größeren Singulett- sowie Triplett-Energie als die der Metallkomplexe (Emittermoleküle) gemäß den Formeln I oder II, z. B. PMMA (Polymethylmethacrylat). Dieser Film kann aus Lösung aufgebracht werden.For the measurement of the intensities Int (S 1 → S 0 ) and Int (T 1 → S 0 ), any commercially available spectrophotometer can be used. A graphical plot of the (logarithmic) intensity ratios In {Int (S 1 → S 0 ) / Int (T 1 → S 0 )} measured at different temperatures against the inverse of the absolute temperature T generally yields a straight line. The measurement is carried out in a temperature range from room temperature (300 K) to 77 K or to 4.2 K, wherein the temperature is adjusted by means of a cryostat. The intensities are determined from the (corrected) spectra, where Int (S 1 → S 0 ) and Int (T 1 → S 0 ) represent the integrated fluorescence or phosphorescence band intensities which are determined by means of the programs belonging to the spectrophotometer to let. The respective transitions (band intensities) can be easily identified since the triplet band is at lower energy than the singlet band and gains in intensity with decreasing temperature. The measurements are carried out in oxygen-free dilute solutions (about 10 -2 mol L -1 ) or on thin films of the corresponding molecules or on films doped with the corresponding molecules. If a solution is used as the sample, it is advisable to use a solvent or solvent mixture which forms glasses at low temperatures, such as 2-methyltetrahydrofuran, butyronitrile, toluene, ethanol or aliphatic hydrocarbons. If a film is used as a sample, the use of a matrix having a significantly higher singlet and triplet energy than that of the metal complexes (emitter molecules) according to the formulas I or II, z. B. PMMA (polymethylmethacrylate). This film can be applied from solution.

Die Geradensteigung beträgt –ΔE(S1 – T1)/kB. Mit kB = 1,380 10–23 JK–1 = 0,695 cm–1K–1 lässt sich der Energieabstand direkt bestimmen.The line slope is -ΔE (S 1 -T 1 ) / k B. With k B = 1.380 10 -23 JK -1 = 0.695 cm -1 K -1 , the energy gap can be determined directly.

Eine einfache, näherungsweise Abschätzung des ΔE(S1 – T1)-Wertes kann auch dadurch vorgenommen werden, dass bei tiefer Temperatur (z. B. 77 K oder 4,2 K unter Verwendung eines Kryostaten) die Fluoreszenz- und Phosphoreszenz-Spektren registriert werden. Der ΔE(S1 – T1)-Wert entspricht dann in Näherung der Energiedifferenz zwischen den hoch-energetischen Anstiegsflanken der Fluoreszenz- bzw. Phosphoreszenz-Bande.A simple, approximate estimate of the ΔE (S 1 -T 1 ) value can also be made by reading the fluorescence and phosphorescence spectra at low temperature (eg 77 K or 4.2 K using a cryostat) be registered. The ΔE (S 1 -T 1 ) value then corresponds approximately to the energy difference between the high-energy rising edges of the fluorescence or phosphorescence band.

Ein anderes Bestimmungsverfahren für den ΔE(S1 – T1)-Wert ist durch Messung der Emissionsabklingzeiten mit einem handelsüblichen Messgerät gegeben. Hierbei wird die Emissionslebensdauer τav als Funktion der Temperatur mit Hilfe eines Kryostaten für den Bereich zwischen 4,2 K oder z. B. 20 K und 300 K gemessen. Unter Verwendung der Formel (4) und der bei tiefer Temperatur gemessenen Emissionslebensdauer für den Triplett-Zustand τ(T1) lässt sich ein Fit der Messwerte mit der Formel (4) durchführen, und man erhält den ΔE(S1 – T1)-Wert. (Hinweis: Der τ(T1)-Wert ist häufig durch das sich bei der Auftragung der Messwerte ergebene Plateau bestimmt. Falls sich eine Ausbildung eines derartigen Plateaus zeigt, ist in der Regel eine Kühlung auf 4,2 K nicht mehr erforderlich).Another method of determining the ΔE (S 1 -T 1 ) value is by measuring the emission decay times with a commercial meter. Here, the emission lifetime τ av as a function of temperature with the help of a cryostat for the range between 4.2 K or z. B. 20 K and 300 K measured. By using the formula (4) and the emission lifetime for the triplet state τ (T 1 ) measured at low temperature, it is possible to fit the measured values with the formula (4), and the ΔE (S 1 -T 1 ) is obtained. -Value. (Note: The τ (T 1 ) value is often determined by the plateau obtained when the measured values are plotted, and if such a plateau is formed, cooling to 4.2 K is generally no longer necessary).

Figure 00130001
Figure 00130001

Je ausgeprägter der CT-Charakter eines organischen Moleküls ist, desto stärker verändern sich die elektronischen Übergangsenergien als Funktion der Lösungsmittelpolarität. So gibt bereits eine ausgeprägte Polaritätsabhängigkeit der Emissionsenergien einen Hinweis auf das Vorliegen kleiner ΔE(S1 – T1)-Werte.The more pronounced the CT character of an organic molecule, the more the electronic transition energies change as a function of solvent polarity. For example, a pronounced polarity dependence of the emission energies indicates that there are small ΔE (S 1 - T 1 ) values.

Flexibilisierung der Molekularstruktur und der unmittelbaren UmgebungFlexibilization of the molecular structure and the immediate environment

Die vierfach koordinierten Komplexe gemäß den Formeln I und II weisen im Bereich des Metallzentrums im elektronischen Grundzustand eine annähernd tetraedrische Koordination auf. Bei einer optischen Anregung oder einer Anregung durch Loch-Elektron-Rekombination in einen elektronischen Zustand mit ausgeprägtem Metall-zu-Ligand-Charge-Transfer Charakter und der damit verbundenen formalen Oxidierung des Metallatoms kommt es zu deutlichen Veränderungen der Geometrie des Komplexes in Richtung einer quadratisch-planaren Koordination, d. h. in Richtung zu einer „Planarisierung” des Moleküls bezogen auf ein Metallzentrum der Formeln I und/oder auf beide Metallzentren der Formel II. Durch diesen Prozess werden die Energien der emittierenden Zustände abgesenkt. Auf Grund der Geometrieveränderung des angeregten Zustandes gegenüber der des Grundzustandes resultiert eine Vergrößerung der Stokes-Verschiebung zwischen Absorption und Emission. Infolgedessen wird die Emission zu längeren Wellenlängen verschoben (z. B. blau zu grün oder zu gelb oder zu rot) und die spektralen Breiten der Emissionsbanden vergrößert (z. B. um 10 bis 100 nm). Für den Fall, dass die Emission sowohl den spektralen Blau-, Grün- als auch Rot-Bereich überdeckt, lässt sich auch eine Weiß-Licht-Emission generieren. Beispiele für Farbveränderungen sind in 3 gezeigt und in den Tabellen 1 bis 6 verdeutlicht.The four-coordinate complexes according to formulas I and II have an approximately tetrahedral coordination in the region of the metal center in the electronic ground state. Upon optical excitation or excitation by hole-electron recombination into an electronic state with pronounced metal-to-ligand charge-transfer character and the associated formal oxidation of the metal atom, there are significant changes in the geometry of the complex in the direction of a square Planar coordination, ie towards a "planarization" of the molecule based on a metal center of the formulas I and / or on both metal centers of the formula II. By this process, the energies of the emitting states are lowered. Due to the geometry change of the excited state compared to the ground state, an increase in the Stokes shift results between absorption and emission. As a result, the emission is shifted to longer wavelengths (eg, blue to green or to yellow or to red) and the spectral widths of the emission bands are increased (eg, 10 to 100 nm). In the event that the emission covers both the spectral blue, green and red range, a white-light emission can also be generated. Examples of color changes are in 3 shown and illustrated in Tables 1 to 6.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung liegt darin, dass die Geometrieveränderung, die durch den Anregungsprozess erfolgt, gesteuert werden kann. Das heißt, eine verschwindend kleine Geometrieveränderung führt zu einer ebenfalls kleinen Verschiebung der Emissionsfarben und vergleichsweise geringen Verbreiterung der Emissionsbanden, so dass das Emissionsverhalten des Metallkomplexes etwa dem des sehr rigiden Feststoffes oder dem Verhalten in gefrorenen Lösungen entsprechen kann. Bei mittleren Geometrieveränderungen, die z. B. durch sterische Behinderungen eingeschränkt sind, erhält man Farbverschiebungen und Verbreiterungen der Emissionsbanden um einige zehn Nanometer, während in sehr „weichen” Umgebungen der Emittermoleküle (z. B. auch in fluiden Lösungen) sehr starke Geometrieveränderungen und folglich große Farbverschiebungen (z. B. um 200 nm) als auch Bandenverbreiterungen (z. B. bis 100 nm) erfolgen können (siehe auch das in 1 gezeigte Beispiel.)Another aspect of the invention is that the geometry change that occurs through the excitation process can be controlled. That is, a vanishingly small geometry change leads to a likewise small shift of the emission colors and comparatively small broadening of the emission bands, so that the emission behavior of the metal complex can correspond approximately to that of the very rigid solid or the behavior in frozen solutions. For medium geometry changes, the z. For example, as a result of steric hindrances, color shifts and broadening of the emission bands by a few tens of nanometers are obtained, while in very "soft" environments of the emitter molecules (eg, even in fluid solutions) very large changes in geometry and hence large color shifts (e.g. 200 nm) as well as band broadening (eg up to 100 nm) (see also in 1 shown example.)

Die Steuerung der durch die elektronische Anregung möglichen Ausgeprägtheit der Geometrieveränderung im Rahmen des Verfahrens zur Vergrößerung der Stokes-Verschiebung kann erfindungsgemäß durch zwei Strategien erfolgen, nämlich durch eine intra-molekulare Substitution und/oder durch die Veränderung der Rigidität der polymeren Matrix, in die der Metallkomplex eingebettet wird:The control of the possible by the electronic excitation saliency of the geometry change in the process for increasing the Stokes shift can be done according to the invention by two strategies, namely by an intra-molecular substitution and / or by changing the rigidity of the polymeric matrix into which Embedded metal complex:

Intra-molekulare SubstitutionIntra-molecular substitution

Durch die Variation des sterischen Anspruches der Liganden bzw. deren Substituenten R bzw. deren Größe (vergleiche die Formeln I und II) lassen sich die molekular möglichen Verdrillungen in weiten Grenzen beeinflussen, aber auch weitgehend unterdrücken. Das Ausmaß der möglichen Verzerrungen lässt sich einerseits durch quantenmechanische Berechnungen unter Verwendung der im Stand der Technik bekannten Computerprogramme ermitteln (z. B. mittels Turbomole- oder Gaussian-Programmen unter Ausführung von DFT- bzw. TDDFT-Richtungen). Andererseits kann die Bestimmung der Emissionsbanden-Verschiebung und -Verbreiterung auch experimentell erfolgen. Dazu wird das Emissionsverhalten des Komplexes in Feststoff und anschließend in Lösung untersucht. Der Vergleich der Emissionsspektren führt dann unmittelbar zu der gewünschten Aussage über die Ausgeprägtheit der Emissionsbanden-Veränderung.By varying the steric demand of the ligands or their substituents R or their size (compare formulas I and II), the molecularly possible twists can be influenced within wide limits, but also largely suppressed. The extent of the possible distortions can be determined on the one hand by quantum mechanical calculations using the computer programs known in the prior art (eg by means of turbomole or Gaussian programs with execution of DFT or TDDFT directions). On the other hand, the determination of the emission band shift and broadening can also be done experimentally. For this purpose, the emission behavior of the complex in solid and then tested in solution. The comparison of the emission spectra then leads directly to the desired statement about the severity of the emission band change.

Veränderung der Rigidität der MatrixChange in the rigidity of the matrix

Eine hohe Rigidität liegt bei Verwendung des kristallinen Feststoffes vor (z. B. als 100%-Emitter-Material, etwa in einem OLED). Die angegebenen Beispiele zeigen (3, Tabelle 1), dass auf dieser Basis eine Blau-Licht-Emission gut erreichbar ist.High rigidity is present when using the crystalline solid (eg as a 100% emitter material, such as in an OLED). The examples given show ( 3 , Table 1) that on this basis a blue light emission is easily achievable.

In vielen Anwendungen werden die Emitter-Moleküle in Polymer-Matrizen eindotiert, und zwar zum Beispiel in Konzentrationen von 2 bis 20 Gewichtsprozenten. Derartige Dotierungen werden zum Beispiel in Emissionsschichten für effiziente OLEDs verwendet. Im Falle einer Dotierung ist die individuelle Umgebung eines Emittermoleküls entscheidend dafür, ob die durch die chemische Struktur des Komplexes vorbestimmte maximal mögliche Geometrieveränderung tatsächlich erfolgen kann. Grundsätzlich gilt, dass diese individuelle Umgebung in einer vorgegebenen Matrix nicht für jedes Emittermolekül identisch ist. Das heißt, die Verteilung der Einbau-Situationen ist sehr inhomogen. Mit anderen Worten, es wird Emitterkomplexe in relativ kleiner bzw. rigider Einbaulücke geben, es werden aber auch (andere) Komplexe einen relativ großen Freiraum vorfinden. Das führt schließlich zu einem Bereich von Geometrieveränderungs-Möglichkeiten. Infolgedessen werden, wie gewünscht, Bereiche von Farbverschiebungen und damit Emissionsbanden-Verbreiterungen resultieren.In many applications, the emitter molecules are doped in polymer matrices, for example in concentrations of 2 to 20 percent by weight. Such dopants are used, for example, in emission layers for efficient OLEDs. In the case of a doping, the individual environment of an emitter molecule is decisive for whether the maximum possible change in geometry predetermined by the chemical structure of the complex can actually take place. In principle, this individual environment in a given matrix is not identical for each emitter molecule. That is, the distribution of installation situations is very inhomogeneous. In other words, there will be emitter complexes in relatively small or rigid mounting gap, but also (other) complexes will find a relatively large space. This eventually leads to a range of geometry modification possibilities. As a result, as desired, areas of color shifts and hence emission band broadening will result.

Der Schwerpunkt einer Farbverschiebung und die Breite der damit verbundenen Emissionsbande ist durch die verwendete polymere Matrix gegeben. So lassen sich die unterschiedlichsten Größenverteilungen der Lücken in den Matrizen und die unterschiedlichsten Rigiditäten durch eine Variation und/oder Vorbehandlung der Polymere erzielen. Zum Beispiel können – wie dem Fachmann bekannt ist – amorphe, weiche Polymere (z. B. Polysilaxane, Polyethylenoxide) oder mittel-rigide (z. B. Polymethylmetacrylate (PMMA), Polycarbonate), aber auch sehr rigide Polymere (z. B. Polyphenylenoxide) eingesetzt werden. Die Rigidität lässt sich auch stark erhöhen durch Verwendung vernetzbarer Polymere, wobei die Vernetzung mittels thermischer oder UV-Aktivierung ausgelöst wird.The center of gravity of a color shift and the width of the associated emission band is given by the polymeric matrix used. Thus, the most different size distributions of the gaps in the matrices and the most diverse rigidities can be achieved by a variation and / or pretreatment of the polymers. For example, as known in the art, amorphous, soft polymers (eg, polysiloxanes, polyethylene oxides) or mid-rigid (eg, polymethylmethacrylates (PMMA), polycarbonates), but also very rigid polymers (e.g. Polyphenylene oxides) can be used. The rigidity can also be greatly increased by using crosslinkable polymers, wherein the crosslinking is triggered by thermal or UV activation.

Ein Beispiel für die Abhängigkeit von der Polymer-Vorbehandlung sei angegeben. PMMA stellt ein in kleinen Bereichen semi-kristallines Polymer dar. Durch Tempern (Temperaturerhöhung auf ca. 70°C bis 90°C und anschließendes Abkühlen) wachsen die kristallinen Bereiche, und das Matrix-Material wird rigider. Das hat Auswirkungen auf die gegenüber der Farbstoff-Emission auftretende Farbverschiebung. So lässt sich diese allein durch Tempern um mehrere nm reduzieren.An example of the dependence on the polymer pretreatment is given. PMMA is a semi-crystalline polymer in small areas. By annealing (raising the temperature to about 70 ° C to 90 ° C and then cooling), the crystalline areas grow and the matrix material becomes more rigid. This has an effect on the color shift occurring in relation to the dye emission. This can be reduced by annealing by several nm alone.

Generell lässt sich die Rigidität einer Polymermatrix durch die Glasübergangstemperatur Tg beschreiben. Je niedriger diese ist, desto flexibler ist die Matrix und damit auch die unmittelbare Umgebung des dotierten Chromophors/Emitters. Tg Werte finden sich in der Literatur. (Siehe z. B. Wolfgang Kaiser, „Kunststoffchemie für Ingenieure”, Carl Hanser Verlag, München 2006 und z. B. Hans-Georg Elias „Makromoleküle, Band 2: Phsikalische Strukturen und Eigenschaften”, 6. Aufl., Wiley-VCH, Weinheim 2001, S. 452 ff. )In general, the rigidity of a polymer matrix can be described by the glass transition temperature T g . The lower this is, the more flexible the matrix and thus also the immediate environment of the doped chromophore / emitter. T g values can be found in the literature. (See, for example, Wolfgang Kaiser, "Polymer Chemistry for Engineers", Carl Hanser Verlag, Munich 2006 and Z. B. Hans-Georg Elias "Macromolecules, Volume 2: Physical Structures and Properties", 6th ed., Wiley-VCH, Weinheim 2001, p. 452 ff. )

Darüber hinaus zeichnen sich, wie oben erwähnt, Polymermatrizen durch Freiräume zwischen den (sehr großen) Polymermolekülen aus. Die Größen und Verteilungen dieser Freiräume variieren mit der Art des Polymers, der Vorbehandlung und der Temperaturdifferenz relativ zu Tg. Aussagen über diese Eigenschaften sind für viele technologische Bereiche wichtig (z. B. Raten von Medikamentfreisetzungen). Infolgedessen wurden seit mehr als fünf Dekaden umfangreiche Untersuchungen und Klassifikationen durchgeführt (z. B. H. Fujita, Adv. Polym. Sci. 1961, 3, 1 ; D. Ehlich, H. Sillescu, Macromolecules 1990, 23, 1600 ; M. T. Cicerone, F. R. Blackburn, M. D. Ediger, Macromolecules 1995, 28, 8224 ). Die Ausgeprägtheit (Häufigkeit und Größe) der Freiräume lässt sich z. B. mit messbar zugänglichen Diffusionskoeffizienten kleiner Moleküle in der Polymermatrix korrelieren (siehe zum Beispiel: D. Ehlich, H. Sillescu, Macromolecules 1990, 23, 1600 ; M. T. Cicerone, F. R. Blackburn, M. D. Ediger, Macromolecules 1995, 28, 8224 ). Polymermatrizen mit einer gewünschten Flexibilität im Mikrobereich der dotierten Emittermoleküle können demgemäß benannt bzw. bereitgestellt werden.In addition, as noted above, polymer matrices are characterized by voids between the (very large) polymer molecules. The sizes and distributions of these free spaces vary with the type of polymer, the pretreatment and the temperature difference relative to Tg . Statements about these properties are important for many technological areas (eg rates of drug release). As a result, extensive investigations and classifications have been carried out for more than five decades (eg H. Fujita, Adv. Polym. Sci. 1961, 3, 1 ; D. Ehlich, H. Sillescu, Macromolecules 1990, 23, 1600 ; MT Cicerone, FR Blackburn, MD Ediger, Macromolecules 1995, 28, 8224 ). The expressiveness (frequency and size) of the free spaces can be z. B. with measurably accessible diffusion coefficients of small molecules in the polymer matrix correlate (see, for example: D. Ehlich, H. Sillescu, Macromolecules 1990, 23, 1600 ; MT Cicerone, FR Blackburn, MD Ediger, Macromolecules 1995, 28, 8224 ). Polymer matrices having a desired micro-range flexibility of the doped emitter molecules may be named accordingly.

Zur Farbverschiebung geeignete Metallkomplexe (Emittermoleküle)Metal complexes suitable for color shift (emitter molecules)

Formel I und II

Figure 00170001
mit
M = Cu, Ag oder Au
L – Liii: geeignete Liganden, die weiter unten definiert werden. Die Liganden können entweder gleich oder verschieden sein. Die Liganden können entweder einzähnige Liganden sein oder miteinander verbunden sein und mehrzähnige, insbesondere zweizähnige, Liganden bilden. Die Formeln I und II enthalten entweder vier einzähnige Liganden oder zwei zweizähnige Liganden oder einen zweizähnigen und zwei einzähnige Liganden.Formula I and II
Figure 00170001
With
M = Cu, Ag or Au
L - L iii : suitable ligands, which are defined below. The ligands can be either the same or different. The ligands can either be monodentate ligands or be interconnected and form polydentate, especially bidentate, ligands. Formulas I and II contain either four monodentate ligands or two bidentate ligands or one bidentate and two monodentate ligands.

Es finden insbesondere ein- und zweizähnige Phosphan- und Arsanliganden sowie Liganden mit mindestens einem N-Donoratom Verwendung. Die Liganden können entweder neutral oder einfach negativ geladen sein.There are in particular mono- and bidentate phosphine and Arsanliganden and ligands having at least one N-donor atom use. The ligands can be either neutral or simply negatively charged.

X in Formel II ist eine geeignete Brücke, wie z. B. die Anionen Cl-, Br, I, SCN-, CN-, RS, RSe, R2N, R2P, R-C≡C,
wobei
R = Alkyl (z. B. Me, Et, n-Pr, i-Pr, n-Bu, t-Bu, Adamantyl), Aryl (z. B. Phenyl, Tolyl, Napthyl, C6F5), Heteroaryl (z. B. Furyl, Thienyl, Pyridyl, Pyrimidyl), Alkenyl (z. B. CR=CR''R'''), Alkinyl (-C≡C-R'), -OR', -NR'2; R', R'', R''' sind definiert wie R und können auch H sein.
X in formula II is a suitable bridge, such as. B. the anions Cl - , Br - , I - , SCN - , CN - , RS - , RSe - , R 2 N - , R 2 P - , RC≡C - ,
in which
R = alkyl (e.g., Me, Et, n-Pr, i-Pr, n-Bu, t-Bu, adamantyl), aryl (e.g., phenyl, tolyl, naphthyl, C 6 F 5 ), heteroaryl (eg, furyl, thienyl, pyridyl, pyrimidyl), alkenyl (eg CR = CR''R '''), alkynyl (-C≡C-R'), -OR ', -NR'2; R ', R'',R''' are defined as R and can also be H.

Die Alkyl-, Aryl-, Alkenyl- und Alkinyl-Reste können auch deuteriert, halogenisiert oder auf eine andere Weise (z. B. mit weiteren Alkyl-, Aryl-, Alkenyl- und Alkinyl-Funktionen) substituiert sein.The alkyl, aryl, alkenyl and alkynyl radicals may also be deuterated, halogenated or substituted in some other way (eg with other alkyl, aryl, alkenyl and alkynyl functions).

Die Brücke kann auch sein:

Figure 00180001
The bridge can also be:
Figure 00180001

Abhängig von der Ladung des Liganden können die Komplexe folgende Ladungen haben: –1, 0 und +1. Die Ladung wird durch ein geeignetes Gegenion kompensiert.Depending on the charge of the ligand, the complexes may have the following charges: -1, 0, and +1. The charge is compensated by a suitable counterion.

Als Kationen können verwendet werden: Metallkationen, insbesondere Alkalimetalle, NH4 +, NR4 +, PH4 +, PR4 +,
mit R = Alkyl (z. B. Me, Et, n-Pr, i-Pr, n-Bu, t-Bu, Adamantyl), Aryl (z. B. Phenyl, Tolyl, Napthyl, C6F5), Heteroaryl (z. B. Furyl, Thienyl, Pyridyl, Pyrimidyl), Alkenyl (z. B. CR=CR''R'''), Alkinyl (-C≡C-R'), -OR', -NR'2.
As cations can be used: metal cations, in particular alkali metals, NH 4 + , NR 4 + , PH 4 + , PR 4 + ,
with R = alkyl (eg Me, Et, n-Pr, i-Pr, n-Bu, t-Bu, adamantyl), aryl (eg phenyl, tolyl, naphthyl, C 6 F 5 ), Heteroaryl (eg furyl, thienyl, pyridyl, pyrimidyl), alkenyl (eg CR = CR''R '''), alkynyl (-C≡C-R'), -OR ', -NR' 2 .

Als Anionen können verwendet werden: Halogenide, PF6–, BF4–, AsF6–, SbF6–, ClO4–, NO3–, BR4–,
mit R = Alkyl (z. B. Me, Et, n-Pr, i-Pr, n-Bu, t-Bu, Adamantyl), Aryl (z. B. Phenyl, Tolyl, Napthyl, C6F5), Heteroaryl (z. B. Furyl, Thienyl, Pyridyl, Pyrimidyl), Alkenyl (z. B. CR=CR''R'''), Alkinyl (-C≡C-R'), -OR', -NR'2. R', R'' und R''' sind definiert wie R und können auch H sein.
As anions may be used: halides, PF 6 -, BF 4 -, AsF 6 -, SbF 6 -, ClO 4 -, NO 3 -, BR 4 -,
with R = alkyl (eg Me, Et, n-Pr, i-Pr, n-Bu, t-Bu, adamantyl), aryl (eg phenyl, tolyl, naphthyl, C 6 F 5 ), Heteroaryl (eg furyl, thienyl, pyridyl, pyrimidyl), alkenyl (eg CR = CR''R '''), alkynyl (-C≡C-R'), -OR ', -NR' 2 . R ', R''andR''' are defined as R and can also be H.

Definition der Liganden (L bis Liii in den Formeln I und II)Definition of Ligands (L to L iii in Formulas I and II)

Neutrale einzähnige PhosphanligandenNeutral monodentate phosphine ligands

R3P mit gleichen oder unterschiedlichen R = Alkyl (z. B. Me, Et, Pr, i-Pr, n-Bu, t-Bu, Adamantyl), Aryl (z. B. Phenyl, Tolyl, Napthyl, C6F5), Heteroaryl (z. B. Furyl, Thienyl, Pyridyl, Pyrimidyl), Alkenyl (z. B. CR=CR''R'''), Alkinyl (-C≡C-R'), -OR', -NR'2.R 3 P with the same or different R = alkyl (eg Me, Et, Pr, i-Pr, n-Bu, t-Bu, adamantyl), aryl (eg phenyl, tolyl, naphthyl, C 6 F 5 ), heteroaryl (eg furyl, thienyl, pyridyl, pyrimidyl), alkenyl (eg CR = CR''R '''), alkynyl (-C≡C-R'), -OR ' , -NR ' 2 .

R', R'', R''' sind definiert wie R und außerdem auch H. R ', R'',R''' are defined as R and also H.

Die Alkyl-, Aryl-, Alkenyl- und Alkinyl-Reste können auch deuteriert, halogenisiert oder auf eine andere Weise (z. B. mit weiteren Alkyl-, Aryl-, Alkenyl- und Alkinyl-Funktionen) substituiert sein.The alkyl, aryl, alkenyl and alkynyl radicals may also be deuterated, halogenated or substituted in some other way (eg with other alkyl, aryl, alkenyl and alkynyl functions).

Neutrale zweizähnige PhosphanligandenNeutral bidentate phosphine ligands

Die nachfolgend gezeigten Liganden sind über die Phosphoratome an das Metallion des Metallkomplexes gebunden. R ist ein organischer Rest, insbesondere R = Alkyl (z. B. Me, Et, n-Pr, i-Pr, n-Bu, t-Bu, Adamantyl), Aryl (z. B. Phenyl, Tolyl, Napthyl, C6F5), Heteroaryl (z. B. Furyl, Thienyl, Pyridyl, Pyrimidyl), Alkenyl (z. B. CR=CR''R'''), Alkinyl (-C≡C-R'), OR', -NR'2. R', R'' und R''' sind definiert wie R und außerdem H.The ligands shown below are bound via the phosphorus atoms to the metal ion of the metal complex. R is an organic radical, in particular R = alkyl (for example Me, Et, n-Pr, i-Pr, n-Bu, t-Bu, adamantyl), aryl (for example phenyl, tolyl, naphthyl, C 6 F 5 ), heteroaryl (eg furyl, thienyl, pyridyl, pyrimidyl), alkenyl (eg CR = CR''R '''), alkynyl (-C≡C-R'), OR ', -NR' 2 . R ', R''andR''' are defined as R and also H.

Figure 00190001
Figure 00190001

Figure 00200001
Figure 00200001

Die Reste R in den Strukturen können gleich oder unterschiedlich sein.The R's in the structures may be the same or different.

Geladene PhosphanligandenCharged phosphine ligands

Bei den geladenen Phosphanliganden kann es sich beispielsweise um die nachfolgend gezeigten Verbindungen handeln. Der Rest R ist ein organischer Substituent und definiert wie der Rest R bei den neutralen einzähnigen Phosphanliganden. Die Reste R in den Strukturen können gleich oder unterschiedlich sein. Ein oder auch beide Phosphoratome können zu einem Phosphanoxid (R2R'P=O) oxidiert sein.

Figure 00210001
The charged phosphine ligands may be, for example, the compounds shown below. The radical R is an organic substituent and, like the radical R, defines the neutral monodentate phosphine ligands. The R's in the structures may be the same or different. One or both of the phosphorus atoms may be oxidized to a phosphine oxide (R 2 R'P = O).
Figure 00210001

Folgende Beispiele sollen die obigen allgemeinen Liganden-Formeln verdeutlichen:

Figure 00220001
The following examples are intended to illustrate the above general ligand formulas:
Figure 00220001

In allen Strukturen der gezeigten Phosphanliganden kann das Phosphor- durch ein Arsen-Atom ersetzt werden. In all structures of the phosphane ligands shown, the phosphorus can be replaced by an arsenic atom.

Neutrale, einzähnige N-DonorligandenNeutral, monodentate N-donor ligands

Neutrale, einzähnige N-Donorliganden sind entweder Nitrile R-C≡N oder Imine, insbesondere heterocyclische Imine der folgenden Form:

Figure 00220002
wobei Z1–Z5 = N oder CR(X)
mit R(X) = organischer Rest.Neutral monodentate N-donor ligands are either nitriles RC≡N or imines, especially heterocyclic imines of the following form:
Figure 00220002
where Z1-Z5 = N or CR (X)
with R (X) = organic radical.

Diese organischen Gruppen R(X) sowie R, R1, R2 und R3 können identisch oder voneinander unabhängig sein und ausgewählt werden aus der Gruppe enthaltend: Wasserstoff, Halogen und Gruppen, die über Sauerstoff-(-OR), Stickstoff-(-NR2) oder Siliziumatome(-SiR3) gebunden sind, sowie Alkyl-, Aryl-, Heteroaryl- und Alkenyl-Gruppen bzw. substituierte Alkyl-, Aryl-, Heteroaryl- und Alkenyl-Gruppen mit Substituenten wie Halogenen oder Deuterium, Alkylgruppen und weitere allgemein bekannte Donor- und Akzeptor-Gruppen, wie beispielsweise tertiäre Amine, Carboxylate und deren Ester, und CF3-Gruppen. Die organischen Gruppen können auch zu annellierten Ringsystemen Führen.
X = laufende Ziffer.
These organic groups R (X) and R, R 1, R 2 and R 3 can be identical or independent and can be selected from the group comprising: hydrogen, halogen and groups which are represented by oxygen - (- OR), nitrogen - (- NR 2 ) or silicon atoms (-SiR 3 ), as well as alkyl, aryl, heteroaryl and alkenyl groups or substituted alkyl, aryl, heteroaryl and alkenyl groups having substituents such as halogens or deuterium, alkyl groups and others in general known donor and acceptor groups such as tertiary amines, carboxylates and their esters, and CF 3 groups. The organic groups can also lead to annellated ring systems.
X = running digit.

Neutrale, zweizähnige N-DonorligandenNeutral, bidentate N-donor ligands

Besonders bevorzugt sind α-Diimin-Liganden, die vorteilhafter Weise folgende Struktur haben:

Figure 00230001
Particular preference is given to α-diimine ligands which advantageously have the following structure:
Figure 00230001

α-Diimin-Liganden, wie hierin verwendet, können sowohl aus Fünf- oder Sechsringen bestehen, deren Bestandteile Z1–Z4 entweder die Fragmente CR(X) oder N sind.α-Diimine ligands, as used herein, can consist of both five- or six-membered rings whose components Z1-Z4 are either the fragments CR (X) or N.

Mit R(X) = organischer Rest. Diese organischen Gruppen R(X) sowie R1, R2 und R3 können identisch oder voneinander unabhängig sein und ausgewählt werden aus der Gruppe enthaltend: Wasserstoff, Halogen und Gruppen, die über Sauerstoff-(-OR), Stickstoff-(-NR2) oder Siliziumatome(-SiR3) gebunden sind, sowie Alkyl-, Aryl-, Heteroaryl- und Alkenyl-Gruppen bzw. substituierte Alkyl-, Aryl-, Heteroaryl- und Alkenyl-Gruppen mit Substituenten wie Halogenen oder Deuterium, Alkylgruppen und weiteren allgemein bekannten Donor- und Akzeptor-Gruppen, wie beispielsweise tertiäre Amine, Carboxylate und deren Ester, und CF3-Gruppen. Die organischen Gruppen können auch zu annellierten Ringsystemen führen.
X = laufende Ziffer,
Y kann entweder NR, O oder S sein.
With R (X) = organic radical. These organic groups R (X) and also R 1, R 2 and R 3 can be identical or independent of one another and can be selected from the group comprising: hydrogen, halogen and groups which are bonded via oxygen - (- OR) , Nitrogen - (- NR 2 ) or silicon atoms (-SiR 3 ) are bonded, and alkyl, aryl, heteroaryl and alkenyl groups or substituted alkyl, aryl, heteroaryl and alkenyl groups having substituents such as halogens or deuterium, alkyl groups and other well known donor and acceptor groups such as tertiary amines, carboxylates and their esters, and CF 3 groups. The organic groups can also lead to annellated ring systems.
X = running number,
Y can be either NR, O or S.

Diese Definition beinhaltet auch die Möglichkeit, dass A oder B keinen Zyklus bilden, sondern offenkettig sind. („#” kennzeichnet das Atom, das mit der zweiten Einheit verbunden ist. „*” bezeichnet das Atom, das die Komplexbindung eingeht). Die Einheiten A und B können auch durch eine zusätzliche Brücke verbunden sein, so dass ein neuer aromatischer oder aliphatischer Zyklus geformt wird. This definition also includes the possibility that A or B do not form a cycle but are open-chain. ("#" Denotes the atom attached to the second unit. "*" Denotes the atom that undergoes complex binding). The units A and B can also be connected by an additional bridge so that a new aromatic or aliphatic cycle is formed.

Obige formelmäßige Wiedergabe von α-Diimin-Liganden wird durch die folgenden Beispiele verdeutlicht.The above formulaic representation of α-diimine ligands is illustrated by the following examples.

Figure 00240001
Figure 00240001

Figure 00250001
Figure 00250001

Bei R(X), sowie R1–R10 handelt es sich jeweils um organische Gruppen R, die identisch oder voneinander unabhängig sein können. Diese organischen Gruppen können ausgewählt werden aus der Gruppe enthaltend: Wasserstoff, Halogen und Gruppen, die über Sauerstoff-(-OR), Stickstoffatome(-NR2) oder Silizium(-SiR3) gebunden sind, sowie Alkyl-, Aryl-, Heteroaryl- und Alkenyl-Gruppen bzw. substituierte Alkyl-, Aryl-, Heteroaryl- und Alkenyl-Gruppen mit Substituenten wie Halogenen oder Deuterium, Alkylgruppen und weitere allgemein bekannte Donor- und Akzeptor-Gruppen, wie beispielsweise tertiäre Amine, Carboxylate und deren Ester, und CF3-Gruppen. Die organischen Gruppen können auch zu annellierten Ringsystemen führen.R (X) and R1-R10 are each organic groups R which may be the same or different. These organic groups can be selected from the group comprising: hydrogen, halogen and groups which are bonded via oxygen - (- OR), nitrogen atoms (-NR 2 ) or silicon (-SiR 3 ), and also alkyl, aryl, heteroaryl and alkenyl groups or substituted alkyl, aryl, heteroaryl and alkenyl groups having substituents such as halogens or deuterium, alkyl groups and other well-known donor and acceptor groups, such as tertiary amines, carboxylates and their esters, and CF 3 groups. The organic groups can also lead to annellated ring systems.

Entscheidend ist, dass es sich bei den Substituenten, die sich direkt benachbart zu den koordinierenden N-Atomen befinden (also R1 und R8), um sterisch wenig anspruchsvolle Gruppen handelt, so dass eine ausreichende Flexibilität der Metallkomplexe bestehen bleibt. Sterisch wenig anspruchsvoll sind insbesondere Substituenten, die nur aus einem Atom bestehen (z. B. H, Cl, Br, I), sowie Methyl- und Ethylgruppen. Größere Substituenten führen zu einer zu starken Versteifung der Komplexe und reduzieren die Molekülflexibilität stark bzw. verhindern sogar den entsprechenden Effekt. Besonders bevorzugt sind Substituenten, deren Raumerfordernis bzw. Größe das einer Methylguppe nicht wesentlich übersteigt.It is crucial that the substituents directly adjacent to the coordinating N atoms (ie R1 and R8) are sterically less demanding groups, so that sufficient flexibility of the metal complexes remains. In particular, substituents which consist of only one atom (eg H, Cl, Br, I) and methyl and ethyl groups are sterically less demanding. larger Substituents lead to an excessive stiffening of the complexes and greatly reduce the molecular flexibility or even prevent the corresponding effect. Particularly preferred are substituents whose space requirement or size does not significantly exceed that of a methyl group.

Einfach negativ geladene, zweizähnige N-DonorligandenSimply negatively charged, bidentate N-donor ligands

– Anionische Liganden N-B-N- Anionic ligands N-B-N

Figure 00260001
wobei Z1–Z3 = N oder CR(X),
mit R(X) = organischer Rest. Diese organischen Gruppen R(X) können identisch oder voneinander unabhängig sein und ausgewählt werden aus der Gruppe enthaltend: Wasserstoff, Halogen und Gruppen, die über Sauerstoff-(-OR), Stickstoff-(-NR2) oder Siliziumatome(-SiR3) gebunden sind, sowie Alkyl-, Aryl-, Heteroaryl- und Alkenyl-Gruppen bzw. substituierte Alkyl-, Aryl-, Heteroaryl- und Alkenyl-Gruppen mit Substituenten wie Halogenen oder Deuterium, Alkylgruppen und weitere allgemein bekannte Donor- und Akzeptor-Gruppen, wie beispielsweise tertiäre Amine, Carboxylate und deren Ester, und CF3-Gruppen. Die organischen Gruppen können auch zu annellierten Ringsystemen führen.
X = laufende Ziffer
Y = O, S oder NR.
Figure 00260001
where Z1-Z3 = N or CR (X),
with R (X) = organic radical. These organic groups R (X) can be identical or independent and are selected from the group comprising: hydrogen, halogen and groups which are represented by oxygen - (- OR), nitrogen - (- NR 2 ) or silicon atoms (-SiR 3 ) are bonded, and alkyl, aryl, heteroaryl and alkenyl groups or substituted alkyl, aryl, heteroaryl and alkenyl groups having substituents such as halogens or deuterium, alkyl groups and others well known donor and acceptor groups such as tertiary amines, carboxylates and their esters, and CF 3 groups. The organic groups can also lead to annellated ring systems.
X = running digit
Y = O, S or NR.

Die Brücke B bezeichnet das Fragment R'2B, z. B. H2B, Ph2B, Me2B, (R2N)2B usw. (mit Ph = Phenyl, Me = Methyl);
„*” kennzeichnet das Atom, das die Komplexbindung eingeht.
„#” kennzeichnet das Atom, das über B mit der zweiten Einheit verbunden ist.
The bridge B denotes the fragment R ' 2 B, z. H 2 B, Ph 2 B, Me 2 B, (R 2 N) 2 B, etc. (where Ph = phenyl, Me = methyl);
"*" Indicates the atom that forms the complex bond.
"#" Denotes the atom connected to the second unit via B.

Diese Liganden sollen im Weiteren als N-B-N bezeichnet werden. Bei dem einfach negativ geladenen N-Donorliganden kann es sich um eines der unten dargestellten Moleküle handeln:

Figure 00260002
Figure 00270001
Figure 00280001
These ligands will be referred to hereinafter as NBN. The single negatively charged N-donor ligand may be one of the molecules shown below:
Figure 00260002
Figure 00270001
Figure 00280001

– Anionische Liganden N-B'-N und NN- Anionic ligands N-B'-N and NN

Figure 00280002
wobei
Z1–Z4 = N oder das Fragment CR(X),
mit R(X) = organischer Rest. Diese organischen Gruppen R(X) sowie R, R1 und R2 können identisch oder voneinander unabhängig sein und ausgewählt werden aus der Gruppe enthaltend: Wasserstoff, Halogen und Gruppen, die über Sauerstoff-(-OR), Stickstoff-(-NR2) oder Siliziumatome(-SiR3) gebunden sind, sowie Alkyl-, Aryl-, Heteroaryl- und Alkenyl-Gruppen bzw. substituierte Alkyl-, Aryl-, Heteroaryl- und Alkenyl-Gruppen mit Substituenten wie Halogenen oder Deuterium, Alkylgruppen und weitere allgemein bekannte Donor- und Akzeptor-Gruppen, wie beispielsweise tertiäre Amine, Carboxylate und deren Ester, und CF3-Gruppen. Die organischen Gruppen können auch zu annellierten Ringsystemen führen.
X laufende Ziffer,
Y entweder O, S oder NR ist.
Figure 00280002
in which
Z1-Z4 = N or the fragment CR (X),
with R (X) = organic radical. These organic groups R (X) and R, R 1 and R 2 can be identical or independent of one another and can be selected from the group comprising: hydrogen, halogen and groups which are bonded via oxygen (- OR) , Nitrogen - (- NR 2 ) or silicon atoms (-SiR 3 ) are bonded, and alkyl, aryl, heteroaryl and alkenyl groups or substituted alkyl, aryl, heteroaryl and alkenyl groups having substituents such as halogens or deuterium, alkyl groups and other well known donor and acceptor groups such as tertiary amines, carboxylates and their esters, and CF 3 groups. The organic groups can also lead to annellated ring systems.
X running number,
Y is either O, S or NR.

Die Brücke B' ist eine neutrale Brücke ist, wie -CH2-, -CR2-, -SiR2-, -NH-, -NR-, -O-, oder -S; (R ist wieder allgemein eine organische Gruppe und definiert, wie oben bei den neutralen einzähnigen Phosphanliganden beschrieben.)
„*” kennzeichnet das Atom, das die Komplexbindung eingeht;
„#” kennzeichnet das Atom kennzeichnet, das über B oder direkt mit der zweiten Einheit verbunden ist.
The bridge B 'is a neutral bridge, such as -CH 2 -, -CR 2 -, -SiR 2 -, -NH-, -NR-, -O-, or -S; (R is again generally an organic group and defined as described above for the neutral monodentate phosphane ligands.)
"*" Indicates the atom that forms the complex bond;
"#" Denotes the atom that is linked via B or directly to the second unit.

Stickstoffliganden, die die Brücke B' enthalten, werden als N-B'-N abgekürzt, und diejenigen, die die Brücke nicht enthalten, als NN.Nitrogen ligands containing the bridge B 'are abbreviated as N-B'-N, and those not containing the bridge as NN.

Folgende Beispiele sollen diesen Ligandentyp verdeutlichen:

Figure 00290001
The following examples illustrate this ligand type:
Figure 00290001

Figurencharacters

1: Prinzipieller Aufbau eines OLEDs. Die Abbildung ist nicht maßstabsgerecht gezeichnet. 1 : Basic structure of an OLED. The illustration is not drawn to scale.

2: Zur Erläuterung des Elektrolumineszenz-Verhaltens. a Übergangsmetall-Komplexe mit kleiner oder sich nur in relativ geringem Maße auswirkender Spin-Bahn-Kopplung und vergleichsweise großer Energiedifferenz ΔE1(S1 – T1), d. h. z. B. größer 3000 cm–1, zwischen dem untersten angeregten Triplett-Zustand und dem darüber liegenden Singulett-Zustand. Der für τ(T1) angegebene Wert repräsentiert ein Beispiel. b Diagramm zur Erläuterung des Elektrolumineszenz-Verhaltens von Metallkomplexen mit vergleichsweise kleiner Energiedifferenz ΔE2(S1 – T1), d. h. z. B. kleiner 2500 cm–1, zwischen dem untersten angeregten Triplett-Zustand und dem darüber liegenden Singulett-Zustand. Ein Beispiel für b ist in 3 vorgestellt. τ1(ISC) und τ2(ISC) repräsentieren die Inter-System-Crossing-Zeiten. 2 : To explain the electroluminescence behavior. a transition metal complexes with small or only relatively small impacting spin-orbit coupling and comparatively large energy difference ΔE 1 (S 1 -T 1 ), ie, for example, greater than 3000 cm -1 , between the lowest excited triplet state and the overlying singlet state. The value given for τ (T 1 ) represents an example. b Diagram for explaining the electroluminescence behavior of metal complexes with comparatively small energy difference ΔE 2 (S 1 -T 1 ), ie, for example, less than 2500 cm -1 , between the lowest stimulated triplet state and the singlet state lying above it. An example of b is in 3 presented. τ 1 (ISC) and τ 2 (ISC) represent the inter-system crossing times.

Die 3 zeigt das Absorptionsspektrum und Emissionsspektren von Cu(POP)(pz2BH2).The 3 shows the absorption spectrum and emission spectra of Cu (POP) (pz 2 BH 2 ).

BeispieleExamples

Beispiele zur Formel IExamples of the formula I.

Beispiel A Cu(POP)(pz2BH2)

Figure 00300001
Example A Cu (POP) (pz 2 BH 2 )
Figure 00300001

Die 3 zeigt Absorptions- und Emissionsspektren von Cu(POP)(pz2BH2). Diese wurden bei Raumtemperatur aufgenommen. Durch Einbettung in eine polymere Matrix (in der Abbildung angegeben) resultiert eine starke Farbverschiebung der Emission.The 3 shows absorption and emission spectra of Cu (POP) (pz 2 BH 2 ). These were taken at room temperature. Embedded in a polymeric matrix (shown in the figure) results in a strong color shift of the emission.

Absorption und Emission in CH2Cl2: c = 5 × 10–5 mol/L. Emission in PMMA: c ≈ 0.5 Gewichtsprozent. Emission vom Pulver mit c = 100%. Tabelle 1. Emissionsdaten von Cu(POP)(pz2BH2) in verschiedenen Matrizen Pulvera PMMAa CH2Cl2 b Emissionsmaximum λmax[nm] 436 462 535 Emissionslebensdauer τ[μs] 20 22 1,3 Quantenausbeute ϕPL[%] 45 35 CIE Farbkoordinaten 0,15; 0,11 0,17; 0,21 0,35; 0,47 a Unter N2 Atmosphäre gemessen. b Nach Endgasung gemessen. c Die Farbkoordinaten werden in der Regel zur Beschreibung des visuellen Farbeindruckes verwendet (z. B. siehe T. Smith, J. Guild; Trans. Opt. Soc. 1931/1932, 33, 73 ).Absorption and emission in CH 2 Cl 2 : c = 5 × 10 -5 mol / L. Emission in PMMA: c ≈ 0.5% by weight. Emission of powder with c = 100%. Table 1. Emission data of Cu (POP) (pz 2 BH 2 ) in different matrices Powder a PMMA a CH 2 Cl 2 b Emission maximum λ max [nm] 436 462 535 Emission lifetime τ [μs] 20 22 1.3 Quantum yield φ PL [%] 45 35 CIE color coordinates 0.15; 0.11 0.17; 0.21 0.35; 0.47 a Measured under N 2 atmosphere. b Measured after final degassing. c The color coordinates are usually used to describe the visual color impression (eg see T. Smith, J. Guild; Trans. Opt. Soc. 1931/1932, 33, 73 ).

Aus Untersuchungen der Temperaturabhängigkeit der Emissionslebensdauer lassen sich unter Verwendung der Formel (4) für das Pulver folgende Werte ermitteln: ΔE(S1 – T1) = 1300 cm–1; τ(S1) = 30 ns; τ(T1) = 600 μs, τav = 20 μs. Diese Daten beweisen das Auftreten des Singulett-Harvesting-Effektes für Cu(POP)(pz2BH2). Beispiel B Cu(POP)(pz2Bph2)

Figure 00310001
Tabelle 2. Emissionsdaten von Cu(POP)(pz2Bph2) im Feststoff und in CH2Cl2 Pulvera CH2Cl2 b Emissionsmaximum λmax[nm] 468 498 Emissionslebensdauer τ[μs] 13 1,8 Quantenausbeute ϕPL[%] 90 ≈ 10 CIE Farbkoordinatec 0,16; 0,22 0,25; 0,39 a Unter N2 Atmosphäre gemessen. b Nach Endgasunggemessen. c Die Farbkoordinaten werden in der Regel zur Beschreibung des visuellen Farbeindrucks verwendet (z. B.: T. Smith, J. Guild; Trans. Opt. Soc. 1931/1932, 33, 73 ).From investigations of the temperature dependence of the emission lifetime, the following values for the powder can be determined using formula (4): ΔE (S 1 -T 1 ) = 1300 cm -1 ; τ (S 1 ) = 30 ns; τ (T 1 ) = 600 μs, τ av = 20 μs. These data prove the occurrence of the singlet harvesting effect for Cu (POP) (pz 2 BH 2 ). Example B Cu (POP) (pz 2 Bph 2 )
Figure 00310001
Table 2. Emission data of Cu (POP) (pz 2 Bph 2 ) in the solid state and in CH 2 Cl 2 Powder a CH 2 Cl 2 b Emission maximum λ max [nm] 468 498 Emission lifetime τ [μs] 13 1.8 Quantum yield φ PL [%] 90 ≈ 10 CIE color coordinate c 0.16; 0.22 0.25; 0.39 a Measured under N 2 atmosphere. b Measured after degassing. c The color coordinates are usually used to describe the visual color impression (eg: T. Smith, J. Guild; Trans. Opt. Soc. 1931/1932, 33, 73 ).

Die Emissionslebensdauer wurde auch bei T = 77 K gemessen. Der Wert beträgt für das Pulver 475 μs. Bei einem Wert von ϕPL = 90% bei T = 300 K lässt sich auf Grund der sehr starken Zunahme der Lebensdauer durch Abkühlung auf das Vorliegen des Singulett-Harvesting schließen. Beispiel C Cu(POP)(pz4B)

Figure 00320001
Tabelle 3. Emissionsdaten von Cu(POP)(pz4B) in verschiedenen Matrizen Pulvera PMMAa CH2Cl2 b Emissionsmaximum λmax[nm] 451 457 500 Emissionslebensdauer τ[μs] 22 24 0,5 Quantenausbeute ϕPL[%] 90 30 2 CIE Farbkoordinatenc 0.14; 0.11 0,17; 0,18 0,26; 0,38 a Unter N2 Atmosphäre gemessen. b Nach Endgasung gemessen. c Die Farbkoordinaten werden in der Regel zur Beschreibung des visuellen Farbeindruckes verendet (z. B. siehe T. Smith, J. Guild; Trans. Opt. Soc. 1931/1932, 33, 73 ).Emission life was also measured at T = 77K. The value for the powder is 475 μs. At a value of φ PL = 90% at T = 300 K, it can be concluded that the singlet harvesting is present due to the very large increase in the lifetime due to cooling. Example C Cu (POP) (pz 4 B)
Figure 00320001
Table 3. Emission data of Cu (POP) (pz 4 B) in different matrices Powder a PMMA a CH 2 Cl 2 b Emission maximum λ max [nm] 451 457 500 Emission lifetime τ [μs] 22 24 0.5 Quantum yield φ PL [%] 90 30 2 CIE color coordinates c 0:14; 12:11 0.17; 0.18 0.26; 0.38 a Measured under N 2 atmosphere. b Measured after final degassing. c The color coordinates are usually used to describe the visual color impression (eg see T. Smith, J. Guild; Trans. Opt. Soc. 1931/1932, 33, 73 ).

Die Emissionslebensdauer wurden auch bei T = 77 K gemessen. Die Werte betragen 450 μs (Pulver) bzw. 680 μs (Komplex in PMMA). Auf Grund der sehr starken Zunahme der Lebensdauer durch Abkühlung lässt sich auf das Vorliegen des Singulett-Harvesting schließen.Emission life was also measured at T = 77K. The values are 450 μs (powder) and 680 μs (complex in PMMA). Due to the very strong increase in the lifetime by cooling can be concluded that the presence of singlet harvesting.

Die Verbindungen [Au(dppb)2]BF4max = 490 nm, ϕPL = 90%) und [Ag(dppb)2]NO3max = 445 nm) zeigen bekannter Weise blaue Pulver-Emissionen. Die Emission verschiebt sich z. B. für [Ag(dppb)2]NO3 in Methanol auf λmax = 680 nm. Mit einem entsprechend weiten Farbverschiebebereich ist bei Einbau der Moleküle in Polymermatrizen auch eine Weißlicht-Erzeugung möglich.The compounds [Au (dppb) 2 ] BF 4max = 490 nm, φ PL = 90%) and [Ag (dppb) 2 ] NO 3max = 445 nm) are known to exhibit blue powder emissions. The emission shifts z. For example, for [Ag (dppb) 2 ] NO 3 in methanol at λ max = 680 nm. With a correspondingly wide color shift range, white light generation is also possible when the molecules are incorporated into polymer matrices.

Beispiele zur Formel IIExamples of the formula II

Beispiel D Cu2Br2(PPh3)2(py)2

Figure 00330001
Tabelle 4. Emissionsdaten von Cu2Br2(PPh3)2(py)2 im Feststoff und in PMMA Pulvera PMMAa Emissionsmaximum λmax[nm] 485 517 Emissionslebensdauer τ[μs] 19 12 Quantenausbeute ϕPL[%] 70 10 a Unter N2 Atmosphäre gemessen.Example D Cu 2 Br 2 (PPh 3 ) 2 (py) 2
Figure 00330001
Table 4. Emission data of Cu 2 Br 2 (PPh 3 ) 2 (py) 2 in solid and in PMMA Powder a PMMA a Emission maximum λ max [nm] 485 517 Emission lifetime τ [μs] 19 12 Quantum yield φ PL [%] 70 10 a Measured under N 2 atmosphere.

Die Emissionslebensdauer bei T = 2 K (gemessen im Pulver) beträgt 630 μs. Auf Grund der sehr starken Zunahme der Lebensdauer durch Abkühlung lässt sich auf das Vorliegen des Singulett-Harvesting schließen. Beispiel E: Cu2Br2(PPh3)2(4-MeO-py)2

Figure 00330002
Tabelle 5. Emissionsdaten von Cu2Br2(PPh3)2(4-MeO-py)2 in verschiedenen Matrizen Pulvera PMMAa Emissionsmaximum λmax[nm] 450 490 Emissionslebensdauer τ[μs] 7 6 Quantenausbeute ϕPL[%] 30 a Unter N2 Atmosphäre gemessen. Beispiel F Cu2Br2(PPh3)2(4-tBu-py)2
Figure 00340001
Tabelle 6. Emissionsdaten von Cu2Br2(PPh3)2(4-tBu-py)2 in verschiedenen Matrizen Pulvera PMMAa Emissionsmaximum λmax[nm] 465 505 Emissionslebensdauer τ[μs] 17 11 Quantenausbeute ϕPL[%] 70 < 10 a Unter N2 Atmosphäre gemessen.The emission lifetime at T = 2 K (measured in powder) is 630 μs. Due to the very strong increase in the lifetime by cooling can be concluded that the presence of singlet harvesting. Example E: Cu 2 Br 2 (PPh 3 ) 2 (4-MeO-py) 2
Figure 00330002
Table 5. Emission data of Cu 2 Br 2 (PPh 3 ) 2 (4-MeO-py) 2 in various matrices Powder a PMMA a Emission maximum λ max [nm] 450 490 Emission lifetime τ [μs] 7 6 Quantum yield φ PL [%] 30 a Measured under N 2 atmosphere. Example F Cu 2 Br 2 (PPh 3) 2 (4-t Bu-py) 2
Figure 00340001
Table 6. Emission data of Cu 2 Br 2 (PPh 3 ) 2 (4-tBu-py) 2 in different matrices Powder a PMMA a Emission maximum λ max [nm] 465 505 Emission lifetime τ [μs] 17 11 Quantum yield φ PL [%] 70 <10 a Measured under N 2 atmosphere.

Die Emissionslebensdauer bei T = 2 K (gemessen im Pulver) beträgt 650 μs. Auf Grund der sehr starken Zunahme der Lebensdauer durch Abkühlung lässt sich auf das Vorliegen des Singulett-Harvesting schließen.The emission lifetime at T = 2 K (measured in powder) is 650 μs. Due to the very strong increase in the lifetime by cooling can be concluded that the presence of singlet harvesting.

Wie die gezeigten experimentellen Daten belegen, können die hierin beschriebenen Metallkomplexe auch zu 100%, also ohne das Vorhandensein einer polymeren Matrix, als Emitter verwendet werden. Sie liegen dann in einer mikro-kristallinen Struktur vor und können sich insbesondere durch hohe Emissionsquantenausbeuten auszeichnen. Bevorzugt liegt die Emissionsquantenausbeute im Feststoff bei mindestens 45% (z. B. Cu(POP)(pz2BH2), bevorzugt bei mindestens 70% (z. B. Cu2Br2(PPh3)2(py)2), besonders bevorzugt bei mindestens 90% (z. B. Cu(POP)(pz4B) und Cu(POP)(pz2Bph2)).As shown by the experimental data shown, the metal complexes described herein can also be used as emitters 100%, ie without the presence of a polymeric matrix. They are then present in a microcrystalline structure and can be characterized in particular by high emission quantum yields. Preferably, the emission quantum yield in the solid is at least 45% (eg Cu (POP) (pz 2 BH 2 ), preferably at least 70% (eg Cu 2 Br 2 (PPh 3 ) 2 (py) 2 ) , more preferably at least 90% (eg, Cu (POP) (pz 4 B) and Cu (POP) (pz 2 Bph 2 )).

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

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Claims (17)

Verfahren zur Verschiebung der Emissionswellenlänge eines bei einer gegebenen Wellenlänge emittierenden Metallkomplexes hin zu Wellenlängen, die größer sind als die gegebene Wellenlänge, wobei der Metallkomplex – im Bereich des Metallzentrums im elektronischen Grundzustand eine gegebene Geometrie aufweist und – im elektronisch angeregten Zustand eine veränderte Geometrie anstrebt, aufweisend den Schritt der Einbettung des Metallkomplexes in eine polymere Matrix, die eine Veränderung der gegebenen Geometrie zulässt.Method for shifting the emission wavelength of a metal complex emitting at a given wavelength to wavelengths greater than the given wavelength, the metal complex - Has a given geometry in the area of the metal center in the electronic ground state, and - strives for a changed geometry in the electronically excited state, comprising the step of embedding the metal complex in a polymeric matrix permitting a change in the given geometry. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Metallkomplex einen ΔE(S1 – T1)-Wert zwischen dem untersten angeregten Singulett (S1)- und dem darunter liegenden Triplett(T1)-Zustand von kleiner als 2500 cm–1 aufweist.The method of claim 1, wherein the metal complex has a ΔE (S 1 -T 1 ) value between the lowest excited singlet (S 1 ) and the underlying triplet (T 1 ) state of less than 2500 cm -1 . Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Metallkomplex ein einkernige Metallkomplex nach Formel I oder ein zweikerniger Metallkomplex nach Formel II ist.The method of claim 1 or 2, wherein the metal complex is a mononuclear metal complex of formula I or a dinuclear metal complex of formula II. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, wobei die Veränderung der gegebenen Geometrie die Veränderung einer tetraedrischen Koordination in Richtung zu einer quadratisch-planaren Koordination ist.The method of claim 1 to 3, wherein the change in the given geometry is the alteration of a tetrahedral coordination towards a square-planar coordination. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, wobei der Metallkomplex im elektronisch angeregten Zustand eine Emissionslebensdauer von höchstens 20 μs aufweist.The method of claim 1 to 4, wherein the metal complex in the electronically excited state has an emission lifetime of at most 20 microseconds. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, wobei der Metallkomplex im Feststoff eine Emissionsquantenausbeute von größer 30% aufweist.The method of claim 1 to 5, wherein the metal complex in the solid has an emission quantum yield of greater than 30%. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, wobei die Verschiebung der Emissionswellenlänge durch die Einbettung mindestens 10 nm beträgt.The method of claim 1 to 6, wherein the shift of the emission wavelength by the embedding is at least 10 nm. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, wobei das Emissionsspektrum des Metallkomplexes durch die Einbettung in die polymere Matrix um mindestens 10 nm verbreitert wird.The method of claim 1 to 7, wherein the emission spectrum of the metal complex is broadened by embedding in the polymeric matrix by at least 10 nm. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, wobei der eingebettete Metallkomplex weißes Licht emittiert.The method of claims 1 to 8, wherein the embedded metal complex emits white light. Zusammensetzung, aufweisend: – einen emittierenden Metallkomplex, der – im Bereich des Metallzentrums im elektronischen Grundzustand eine gegebene Geometrie aufweist und – im elektronisch angeregten Zustand eine veränderte Geometrie anstrebt, und – eine polymere Matrix, wobei der Metallkomplex derart in die polymere Matrix eingebettet ist, dass die gegebene Geometrie des Metallkomplexes durch eine elektronische Anregung verändert wird.Composition comprising: An emitting metal complex, the - Has a given geometry in the area of the metal center in the electronic ground state, and - In the electronically excited state seeks an altered geometry, and A polymeric matrix, wherein the metal complex is embedded in the polymeric matrix such that the given geometry of the metal complex is altered by electronic excitation. Zusammensetzung nach Anspruch 10, wobei der Metallkomplex einen ΔE(S1 – T1)-Wert zwischen dem untersten angeregten Singulett (S1)- und dem darunter legenden Triplett(T1)-Zustand von kleiner als 2500 cm–1 aufweist.The composition of claim 10, wherein the metal complex has a ΔE (S 1 -T 1 ) value between the lowest excited singlet (S 1 ) and the underlying triplet (T 1 ) state of less than 2500 cm -1 . Zusammensetzung nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Metallkomplex ein einkerniger Metallkomplex nach Formel I oder ein zweikerniger Metallkomplex nach Formel II ist.A composition according to claim 10 or 11, wherein the metal complex is a mononuclear metal complex of formula I or a dinuclear metal complex of formula II. Zusammensetzung nach Anspruch 11, wobei die Veränderung der gegebenen Geometrie die Veränderung einer tetraedrischen Koordination in Richtung zu einer quadratisch-planaren Koordination ist.The composition of claim 11, wherein the change in the given geometry is the alteration of a tetrahedral coordination towards a square-planar coordination. Zusammensetzung nach Anspruch 10 bis 13, wobei der Metallkomplex im elektronisch angeregten Zustand eine Emissionslebensdauer von höchstens 20 μs aufweist.The composition of claims 10 to 13, wherein the metal complex in the electronically excited state has an emission lifetime of at most 20 μs. Zusammensetzung nach Anspruch 10 bis 14, wobei der Metallkomplex im Feststoff eine Emissionsquantenausbeute von größer 30% aufweist.A composition according to claim 10 to 14, wherein the metal complex in the solid has an emission quantum yield of greater than 30%. Opto-elektronische Vorrichtung, aufweisend eine Zusammensetzung nach Anspruch 10 bis 15, wobei die opto-elektronische Vorrichtung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus organischen Leuchtidioden (OLEDs), lichtemittierenden elektrochemischen Zellen (LEECs oder LECs), OLED-Sensoren, insbesondere nicht hermetisch nach außen abgeschirmten Gas- und Dampf-Sensoren, organischen Solarzellen (OSCs), organischen Feldeffekttransistoren, organischen Lasern, organischen Dioden, organischen Photodioden und „down conversion” Systemen.Opto-electronic device comprising a composition according to claim 10 to 15, wherein the opto-electronic device is selected from the group consisting of organic light emitting diodes (OLEDs), light emitting electrochemical cells (LEECs or LECs), OLED sensors, in particular non-hermetically shielded gas and vapor sensors, organic solar cells (OSCs), organic field effect transistors, organic lasers, organic diodes, organic photodiodes, and down conversion systems. Verwendung eines Verfahrens nach Anspruch 1 bis 9 oder einer Zusammensetzung nach Anspruch 10 bis 15 in einer opto-elektronischen Vorrichtung, wobei die opto-elektronische Vorrichtung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus organischen Leuchtdioden (OLEDs), lichtemittierenden elektrochemischen Zellen (LEECs oder LECs), OLED-Sensoren, insbesondere nicht hermetisch nach außen abgeschirmten Gas- und Dampf-Sensoren, organischen Solarzellen (OSCs), organischen Feldeffekttransistoren, organischen Lasern, organischen Dioden, organischen Photodioden und „down conversion” Systemen.Use of a method according to claim 1 to 9 or a composition according to claim 10 to 15 in an optoelectronic device, wherein the optoelectronic device is selected from the group consisting of organic light emitting diodes (OLEDs), light emitting electrochemical cells (LEECs or LECs) , OLED sensors, in particular non-hermetically outwardly shielded gas and vapor sensors, organic solar cells (OSCs), organic field effect transistors, organic lasers, organic diodes, organic photodiodes and "down conversion" systems.
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