DE102016113277A1

DE102016113277A1 - Organische Moleküle zur Verwendung in optoelektronischen Bauelementen

Info

Publication number: DE102016113277A1
Application number: DE102016113277.2A
Authority: DE
Inventors: David Ambrosek; Michael DANZ; Harald Flügge; Jana Friedrichs; Tobias Grab; Stefan Seifermann; Daniel Volz; Andreas Jacob
Original assignee: Cynora GmbH
Current assignee: Samsung Display Co Ltd
Priority date: 2016-07-19
Filing date: 2016-07-19
Publication date: 2018-01-25

Abstract

Die Erfindung betrifft organische Moleküle, aufweisend eine Struktur der Formel 1, und deren Verwendung in optoelektronischen Bauelementen

Formel 1 wobei gilt:
m ist 0 oder 1;
n ist 1 oder 2;
o ist 1 oder 2;
n + o ist 2, 3 oder 4;
wobei AF2 durch die in Unterformel 1A gezeigte allgemeine Struktur beschrieben wird.

Unterformel 1A

Description

Die Erfindung betrifft rein organische Moleküle aufweisend Fünfringheterozyklen mit anellierten aromatischen Systemen und deren Verwendung in organischen lichtemittierenden Dioden (OLEDs) und in anderen optoelektronischen Bauelementen.
Stand der Technik
In den letzten Jahren hat sich die auf OLED (organische lichtemittierende Dioden) basierende Technik im Bereich Bildschirmtechnik etabliert, so dass nun die ersten hierauf aufbauenden kommerziellen Produkte erhältlich werden. Neben der Bildschirmtechnik eignen sich OLEDs auch für die Anwendung in flächiger Beleuchtungstechnik. Aus diesem Grund wird bezüglich der Entwicklung neuer Materialien intensive Forschung betrieben.
OLEDs sind in der Regel in Schichtenstrukturen realisiert, welche überwiegend aus organischen Materialien bestehen. Zum besseren Verständnis ist in 1 ein vereinfachter Aufbau exemplarisch dargestellt. Herzstück solcher Bauteile ist die Emitterschicht, in der in der Regel emittierende Moleküle in einer Matrix eingebettet sind. In dieser Schicht treffen sich negative Ladungsträger (Elektronen) und positive Ladungsträger (Löcher), die zu sogenannten Exzitonen (= angeregte Zustände) rekombinieren. Die in den Exzitonen enthaltene Energie kann von den entsprechenden Emittern in Form von Licht abgegeben werden, wobei man in diesem Fall von Elektrolumineszenz spricht. 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.
Seit den ersten Berichten bezüglich OLEDs (Tang et al., Appl. Phys. Lett. 1987, 51, 913) ist diese Technik besonders auf dem Gebiet der Emittermaterialien immer weiterentwickelt worden. Während die ersten Materialien, die auf rein organischen Molekülen beruhen, aufgrund von Spinstatistik maximal 25 % der Exzitonen in Licht umwandeln konnten, konnte durch die Verwendung von phosphoreszierenden Verbindungen dieses grundsätzliche Problem umgangen werden, so dass zumindest theoretisch alle Exzitonen in Licht umgewandelt werden können. Bei diesen Materialien handelt es sich in der Regel um Übergangsmetall-Komplexverbindungen, in denen das Metall aus der dritten Periode der Übergangsmetalle gewählt wird. Hierbei werden vorwiegend sehr teure Edelmetalle wie Iridium, Platin oder auch Gold eingesetzt. (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). Neben den Kosten ist auch die Stabilität der Materialien zum Teil nachteilig für die Verwendung.
Eine neue Generation von OLEDs basiert auf der Ausnutzung von verzögerter Fluoreszenz (TADF: thermally activated delayed fluorescence oder auch singlet harvesting). Hierbei können beispielsweise Cu(I)-Komplexe verwendet werden, die aufgrund eines geringen Energieabstandes zwischen dem untersten Triplett-Zustand T₁ und dem darüberliegenden Singulett-Zustand S₁ (ΔE(S₁ – T₁) Triplett-Exitonen thermisch in einen Singulett-Zustand rückbesetzen können. Neben der Verwendung von Übergangsmetallkomplexen können auch rein organische Moleküle diesen Effekt ausnutzen.
Einige solcher TADF-Materialien wurden bereits in ersten optoelektronischen Bauelementen eingesetzt. Die bisherigen Lösungen weisen jedoch Nachteile und Probleme auf: Die TADF-Materialien weisen in den optoelektronischen Bauelementen oftmals keine ausreichende Langzeitstabilität, keine ausreichende thermische oder keine ausreichende chemische Stabilität gegenüber Wasser und Sauerstoff auf. Außerdem sind nicht alle wichtigen Emissionsfarben verfügbar. Weiterhin sind einige TADF-Materialien nicht verdampfbar und dadurch für den Einsatz in kommerziellen optoelektronischen Bauteilen nicht geeignet. Auch weisen einige TADF-Materialien keine passende Energielagen zu den weiteren im optoelektronischen Bauteil verwendeten Materialien (z. B. HOMO-Energien von TADF-Emittern von größer oder gleich –5,9 eV) auf. Nicht mit allen TADF-Materialien lassen sich ausreichend hohe Effizienzen der optoelektronischen Bauelemente bei hohen Stromdichten bzw. hohe Leuchtdichten erreichen. Weiterhin sind die Synthesen einiger TADF-Materialien aufwendig.
Beschreibung
Die Erfindung betrifft in einem Aspekt die Bereitstellung von organischen Molekülen, die eine Struktur der Formel 1 aufweisen oder aus einer Struktur der Formel 1 bestehen:
Formel 1 wobei gilt:
m ist 0 oder 1;
n ist 1 oder 2;
o ist 1 oder 2;
n + o ist 2, 3 oder 4;
AF: Chemische Einheit, wobei im Gesamtmolekül mindestens eine chemische Einheit AF1 und mindestens eine davon verschiedene chemische Einheit AF2 enthalten sind;
AF1 ist eine erste chemische Einheit, aufweisend ein konjugiertes System, insbesondere mindestens sechs in Konjugation stehende π-Elektronen (z. B. in Form mindestens eines aromatischen Systems); wobei AF1 jeweils durch eine in Unterformel 1B, 1C oder 1D gezeigte allgemeine Struktur beschrieben wird;
AF2 ist eine zweite chemische Einheit, aufweisend ein konjugiertes System, insbesondere mindestens sechs in Konjugation stehende π-Elektronen (z. B. in Form mindestens eines aromatischen Systems); wobei AF2 jeweils durch die in Unterformel 1A gezeigte allgemeine Struktur beschrieben wird
Separator (S) ist eine optionale chemische Einheit, die AF1 und AF2 verknüpft.
Unterformel 1A wobei in Unterformel 1A bedeutet:
w ist CR**, N, oder eine direkte Bindung, wobei in den annelierten Ringen maximal je ein Platzhalter w eine direkte Bindung ist;
X ist CR**₂, NR**, Sauerstoff, Schwefel, eine direkte Bindung, wobei maximal zwei Platzhalter X gleichzeitig eine direkte Bindung sind, wobei diese nicht Bestandteil desselben Rings sind;
Unterformel 1B wobei in Unterformel 1B bedeutet:
x ist 1, 2 oder 3;
y ist 0, 1, 2, 3 oder 4.
w ist 0, 1, oder 2.
Unterformel 1C wobei in Unterformel 1C bedeutet:
s ist 0, 1 oder 2;
u ist 0 oder 1; wobei für u = 0 und s ≠ 0 die Ringe anneliert sind;
M ist CR**, N, CH=CH, CR**=CR**, oder eine direkte Bindung;
Q ist CR**, N, wobei nicht mehr als 3 N pro Ring, oder eine direkte Bindung, wobei maximal
ein Q eine direkte Bindung ist,
T ist Q, oder, wenn im T beinhaltenden Ring ein Q eine direkte Bindung ist, ist T gleich NH.
Unterformel 1D wobei in Unterformel 1D bedeutet:
q ist 0 oder 1, wobei q gleich 0 bedeutet, dass keine Bindung zwischen den beiden (L)q-benachbarten Atomen vorliegt;
r ist 0 oder 1;
y ist 0, 1, 2, 3 oder 4;
E ist CO oder SO₂
L ist CO, SO₂, CR**₂, HC=CH oder eine direkte Bindung
G ist CR** oder N, wobei für r = 1 die G, an welche die Einheiten E oder L bzw. A gebunden sind, gleich C sind.
Z ist Alkyl, Aryl, CR**₂COR**, CR**₂CO(C₆H₄R**), COR** oder
wenn E = CO und
q = 0; oder Z ist gleich
wenn E = CO oder SO₂ und q = 1 oder wenn E = SO₂ und q = 0
wobei
g ist gleich CR** oder N; a ist C wenn q = 1, oder CH wenn q = 0;
A ist C wenn q = 1, oder CH wenn q = 0;
die Anbindung an die Einheit E erfolgt über C*; und die Anbindung an die Einheit L bzw. A erfolgt über a.
R** ist entweder ein Rest R*, oder eine chemische Bindung an einen Separator S, oder eine chemische Bindung an einen Rest AF, wobei im Molekül maximal vier AF vorhanden sind;
wobei gilt:
R* ist bei jedem Auftreten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Deuterium, Phenyl, Naphthyl, N(R²)₂, -CN, -NC, -SCN, -CF₃, -NO₂, C(=O)OH, C(=O)OR³, C(=O)N(R³)₂, C(=O)SR³, C(=S)SR³, Si(R⁴)₃, B(OR⁵)₂, B(N(R⁶)₂)₂, C(=O)R³, P(=O)(R⁷)₂, As(=O)(R⁷)₂, P(=S)(R⁷)₂, As(=S)(R⁷)₂, S(=O)R³, S=NR³, S(=O)NR³, S(=O)₂NR³, S(=O)₂R³, O-S(=O)₂R³, SF₅, eine lineare Alkyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 1 bis 40 C-Atomen oder eine lineare Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 2 bis 40 C-Atomen oder eine verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 3 bis 40 C-Atomen, die jeweils mit einem oder mehreren Resten R⁹ substituiert sein kann, wobei eine oder mehrere benachbarte CH₂-Gruppen durch -R⁹C=CR⁹-, -C≡C-, bzw. eine benachbarte CH₂-Gruppe durch -Si(R⁴)₂-, -Ge(R⁴)₂-, -Sn(R⁴)₂, -C(=O)-, -C(=S)-, -C(=Se)-, -C=N-, -C(=O)O-, -C(=O)N(R³)-, -P(=O)(R⁷)-, -As(=O)(R⁷)-, -P(=S)(R⁷), -As(=S)(R⁷)-, -S(=O)-, -S(=O)₂-, -NR²-, -O-, oder -S- ersetzt sein können und wobei ein oder mehrere H-Atome durch Deuterium, F, Cl, Br, I, CN, CF₃ oder NO₂ ersetzt sein können, oder ein aromatisches oder heteroaromatisches Ringsystem mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, das jeweils durch einen oder mehrere Reste R² substituiert sein kann, oder eine Aryloxy- oder Heteroaryloxygruppe mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, die durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Diarylaminogruppe, Diheteroarylaminogruppe oder Arylheteroarylaminogruppe mit 10 bis 40 aromatischen Ringatomen, welche durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Kombination dieser Systeme; dabei können zwei oder mehrere dieser Substituenten R* auch miteinander ein aromatisches oder monozyklisches aliphatisches Ringsystem mit insgesamt fünf oder sechs Ringgliedern bilden;
R² ist bei jedem Auftreten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Deuterium, Phenyl, Naphthyl, CF₃, C(=O)OR³, C(=O)N(R⁴)₂, Si(R⁴)₃, C(=O)R³, P(=O)(R⁷)₂, As(=O)(R⁷)₂ P(=S)(R⁷)₂, As(=S)(R⁷)₂, S(=O)R³, S(=O)₂R³, eine lineare Alkyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 1 bis 40 C-Atomen oder eine lineare Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 2 bis 40 C-Atomen oder eine verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 3 bis 40 C-Atomen, die jeweils mit einem oder mehreren Resten R⁹ substituiert sein kann, wobei eine oder mehrere benachbarte CH₂-Gruppen durch -R⁹C=CR⁹-, -C≡C-, bzw. eine benachbarte CH₂-Gruppe durch -Si(R³)₂-, -Ge(R⁴)₂-, -Sn(R⁴)₂, -C(=O)-, -C(=S)-, -C(=Se)-, -C=N-, -C(=O)O-, -C(=O)N(R³)-, -P(=O)(R⁷)-, -As(=O)(R⁷)-, -P(=S)(R⁷)-, -As(=S)(R⁷)-, -S(=O)-, -S(=O)₂-, -NR⁴-, -O-, oder -S- ersetzt sein können und wobei ein oder mehrere H-Atome durch Deuterium, F, Cl, Br, I, CN, CF₃ oder NO₂ ersetzt sein können, oder ein aromatisches oder heteroaromatisches Ringsystem mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, das jeweils durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Aryloxy- oder Heteroaryloxygruppe mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, die durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Diarylaminogruppe, Diheteroarylaminogruppe oder Arylheteroarylaminogruppe mit 10 bis 40 aromatischen Ringatomen, welche durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Kombination dieser Systeme; dabei können zwei oder mehrere dieser Substituenten R² auch miteinander ein mono- oder polycyclisches, aliphatisches, aromatisches und/oder benzoannelliertes Ringsystem bilden;
R³ ist bei jedem Auftreten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Deuterium, Phenyl, Naphthyl, CF₃ oder ein aliphatischer, aromatischer und/oder heteroaromatischer Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 C-Atomen, in dem auch ein oder mehrere H-Atome durch F oder CF₃ ersetzt sein können; dabei können zwei oder mehrere Substituenten R³ auch miteinander ein mono- oder polycyclisches, aliphatisches Ringsystem bilden;
R⁴ ist bei jedem Auftreten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Deuterium, Phenyl, Naphthyl, N(R³)₂, CN, CF₃, OH, C(=O)OR³, C(=O)N(R³)₂, C(=O)R³, P(=O)(R⁷)₂, As(=O)(R⁷)₂, P(=S)(R⁷)₂, As(=S)(R⁷)₂, eine lineare Alkyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 1 bis 40 C-Atomen oder eine lineare Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 2 bis 40 C-Atomen oder eine verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 3 bis 40 C-Atomen, die jeweils mit einem oder mehreren Resten R⁹ substituiert sein kann, wobei eine oder mehrere benachbarte CH₂-Gruppen durch -R⁹C=CR⁹-, -C≡C-, bzw. eine benachbarte CH₂-Gruppe durch -Si(R³)₂-, -Ge(R³)₂-, -Sn(R³)₂-, -C(=O)-, -C(=S)-, -C(=Se)-, -C=N-, -C(=O)O-, -C(=O)N(R³)-, -P(=O)(R⁷)-, -As(=O)(R⁷)-, -P(=S)(R⁷), -As(=S)(R⁷)-, -S(=O)-, -S(=O)₂-, -NR³, -O-, oder -S- ersetzt sein können und wobei ein oder mehrere H-Atome durch Deuterium, F, Cl, Br, I, CN, CF₃ oder NO₂ ersetzt sein können, oder ein aromatisches oder heteroaromatisches Ringsystem mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, das jeweils durch einen oder mehrere Reste R⁸ substituiert sein kann, oder eine Aryloxy- oder Heteroaryloxygruppe mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, die durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Diarylaminogruppe, Diheteroarylaminogruppe oder Arylheteroarylaminogruppe mit 10 bis 40 aromatischen Ringatomen, welche durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Kombination dieser Systeme; dabei können zwei oder mehrere dieser Substituenten R⁴ auch miteinander ein mono- oder polycyclisches, aliphatisches, aromatisches und/oder benzoannelliertes Ringsystem bilden;
R⁵ ist bei jedem Auftreten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Phenyl, Naphthyl, CF₃, C(=O)R³, P(=O)(R⁷)₂, As(=O)(R⁷)₂, eine lineare Alkyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 1 bis 40 C-Atomen oder eine lineare Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 2 bis 40 C-Atomen oder eine verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 3 bis 40 C-Atomen, die jeweils mit einem oder mehreren Resten R⁹ substituiert sein kann, wobei eine oder mehrere benachbarte CH₂-Gruppen durch -R⁹C=CR⁹-, -C≡C-, bzw. eine benachbarte CH₂-Gruppe durch -Si(R⁴)₂-, -Ge(R⁴)₂-, -Sn(R⁴)₂, -C(=O)-, -C(=S)-, -C(=Se)-, -C=N-, -C(=O)O-, -C(=O)N(R³)-, -P(=O)(R⁷)-, -As(=O)(R⁷)-, -P(=S)(R⁷)-, -As(=S)(R⁷)-, -S(=O)-, -S(=O)₂-, -NR³-, -O-, oder -S- ersetzt sein können und wobei ein oder mehrere H-Atome durch Deuterium, F, Cl, Br, I, CN, CF₃ oder NO₂ ersetzt sein können, oder ein aromatisches oder heteroaromatisches Ringsystem mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, das jeweils durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Aryloxy- oder Heteroaryloxygruppe mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, die durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Diarylaminogruppe, Diheteroarylaminogruppe oder Arylheteroarylaminogruppe mit 10 bis 40 aromatischen Ringatomen, welche durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Kombination dieser Systeme; dabei können zwei oder mehrere dieser Substituenten R⁵ auch miteinander ein mono- oder polycyclisches, aliphatisches, aromatisches und/oder benzoannelliertes Ringsystem bilden;
R⁶ ist bei jedem Auftreten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Phenyl, Naphthyl, CF₃, Si(R⁴)₃, C(=O)R³, P(=O)(R⁷)₂, eine lineare Alkyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 1 bis 40 C-Atomen oder eine lineare Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 2 bis 40 C-Atomen oder eine verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 3 bis 40 C-Atomen, die jeweils mit einem oder mehreren Resten R⁹ substituiert sein kann, wobei eine oder mehrere benachbarte CH₂-Gruppen durch -R⁹C=CR⁹-, -C≡C-, bzw. eine benachbarte CH₂-Gruppe durch-Si(R⁴)₂-, -Ge(R⁴)₂-, -Sn(R⁴)₂, -C(=O)-, -C(=S)-, -C(=Se)-, -C=N-, -C(=O)O-, -C(=O)N(R³)-, -P(=O)(R⁷)-, -As(=O)(R⁷)-, -P(=S)(R⁷), -As(=S)(R⁷)-, -S(=O)-, -S(=O)₂-, -NR²-, -O-, oder -S- ersetzt sein können und wobei ein oder mehrere H-Atome durch Deuterium, F, Cl, Br, I, CN, CF₃ oder NO₂ ersetzt sein können, oder ein aromatisches oder heteroaromatisches Ringsystem mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, das jeweils durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Aryloxy- oder Heteroaryloxygruppe mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, die durch einen oder mehrere Reste R* substituiert sein kann, oder eine Diarylaminogruppe, Diheteroarylaminogruppe oder Arylheteroarylaminogruppe mit 10 bis 40 aromatischen Ringatomen, welche durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Kombination dieser Systeme; dabei können zwei oder mehrere dieser Substituenten R⁶ auch miteinander ein mono- oder polycyclisches, aliphatisches, aromatisches und/oder benzoannelliertes Ringsystem bilden;
R⁷ ist bei jedem Auftreten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus, Phenyl, Naphthyl, N(R³)₂, CN, CF₃, C(=O)OR³, C(=O)N(R³)₂, Si(R³)₃, C(=O)R³, eine lineare Alkyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 1 bis 40 C-Atomen oder eine lineare Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 2 bis 40 C-Atomen oder eine verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 3 bis 40 C-Atomen, die jeweils mit einem oder mehreren Resten R⁹ substituiert sein kann, wobei eine oder mehrere benachbarte CH₂-Gruppen durch -R⁹C=CR⁹-, -C≡C-, bzw. eine benachbarte CH₂-Gruppe durch -Si(R³)₂-, -Ge(R³)₂-, -Sn(R³)₂, -C(=O)-, -C(=S)-, -C(=Se)-, -C=N-, -C(=O)O-, -C(=O)N(R³)-, -P(=O)(R³)-, -As(=O)(R³)-, -P(=S)(R³), -As(=S)(R³)-, -S(=O)-, -S(=O)₂-, -NR³-, -O-, oder -S- ersetzt sein können und wobei ein oder mehrere H-Atome durch Deuterium, F, Cl, Br, I, CN, CF₃ oder NO₂ ersetzt sein können, oder ein aromatisches oder heteroaromatisches Ringsystem mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, das jeweils durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Aryloxy- oder Heteroaryloxygruppe mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, die durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Diarylaminogruppe, Diheteroarylaminogruppe oder Arylheteroarylaminogruppe mit 10 bis 40 aromatischen Ringatomen, welche durch einen oder mehrere Reste R³ substituiert sein kann, oder eine Kombination dieser Systeme; dabei können zwei oder mehrere dieser Substituenten R⁷ auch miteinander ein mono- oder polycyclisches, aliphatisches, aromatisches und/oder benzoannelliertes Ringsystem bilden;
R⁸ ist bei jedem Auftreten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Deuterium, Phenyl, Naphthyl, F, CF₃ oder ein aliphatischer, aromatischer und/oder heteroaromatischer Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 C-Atomen, in dem auch ein oder mehrere H-Atome durch F oder CF₃ ersetzt sein können; dabei können zwei oder mehrere Substituenten R⁸ auch miteinander ein mono- oder polycyclisches, aliphatisches Ringsystem bilden;
R⁹ ist bei jedem Auftreten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Deuterium, Phenyl, Naphthyl, N(R³)₂, CN, CF₃, NO₂, OH, COOH, C(=O)OR³, C(=O)N(R³)₂, Si(R³)₃, B(OR³)₂, C(=O)R³, P(=O)(R³)₂, P(=S)(R³)₂, As(=O)(R³)₂, P(=S)(R³)₂, S(=O)R³, S(=O)₂R³, OSO₂R³, eine lineare Alkyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 1 bis 40 C-Atomen oder eine lineare Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 2 bis 40 C-Atomen oder eine verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 3 bis 40 C-Atomen, die jeweils mit einem oder mehreren Resten R⁸ substituiert sein kann, wobei eine oder mehrere nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -R³C=CR³-, -C≡C-, bzw. eine benachbarte CH₂-Gruppe durch -Si(R³)₂-, -Ge(R³)₂-, -Sn(R³)₂, -C(=O)-, -C(=S)-, -C(=Se)-, -C=N-, -C(=O)O-, -C(=O)N(R³)-, -P(=O)(R³)-, -As(=O)(R³)-, -P(=S)(R³), -As(=S)(R³)-, -S(=O)-, -S(=O)₂-, -NR³-, -O-, oder -S- ersetzt sein können und wobei ein oder mehrere H-Atome durch Deuterium, F, Cl, Br, I, CN, CF₃ oder NO₂ ersetzt sein können, oder ein aromatisches oder heteroaromatisches Ringsystem mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, das jeweils durch einen oder mehrere Reste R⁸ substituiert sein kann, oder eine Aryloxy- oder Heteroaryloxygruppe mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, die durch einen oder mehrere Reste R³ substituiert sein kann, oder eine Diarylaminogruppe, Diheteroarylaminogruppe oder Arylheteroarylaminogruppe mit 10 bis 40 aromatischen Ringatomen, welche durch einen oder mehrere Reste R⁸ substituiert sein kann, oder eine Kombination dieser Systeme; dabei können zwei oder mehrere dieser Substituenten R⁹ auch miteinander ein mono- oder polycyclisches, aliphatisches, aromatisches und/oder benzoannelliertes Ringsystem bilden.
Eine Arylgruppe im Sinne dieser Erfindung enthält 6 bis 60 aromatische Ringatome; eine Heteroarylgruppe im Sinne dieser Erfindung enthält 5 bis 60 aromatische Ringatome, von denen mindestens eines ein Heteroatom darstellt. Die Heteroatome sind insbesondere N, O, und S. Dies stellt die grundlegende Definition dar. Werden in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung andere Bevorzugungen angegeben, beispielsweise bezüglich der Zahl der aromatischen Ringatome oder der enthaltenen Heteroatome, so gelten diese.
Unter einer Arylgruppe bzw. Heteroarylgruppe wird ein einfacher aromatischer Cyclus, also Benzol, bzw. ein einfacher heteroaromatischer Cyclus, beispielsweise Pyridin, Pyrimidin oder Thiophen, oder ein heteroaromatischer Polycyclus, beispielsweise Napthalin, Phenanthren, Chinolin oder Carbazol verstanden. Ein kondensierter (annelierter) aromatischer bzw. heteroaromatischer Polycyclus besteht im Sinne der vorliegenden Anmeldung aus zwei oder mehr miteinander kondensierten einfachen aromatischen bzw. heteroaromatischen Cyclen.
Unter einer Aryl- oder Heteroarylgruppe, die jeweils mit den oben genannten Resten substituiert sein kann und die über beliebige Positionen am Aromaten bzw. Heteroaromaten verknüpft sein kann, werden insbesondere Gruppen verstanden, welche abgeleitet sind von Benzol, Naphthalin, Anthracen, Phenanthren, Pyren, Dihydropyren, Chrysen, Perylen, Fluoranthen, Benzanthracen, Benzphenanthren, Tetracen, Pentacen, Benzpyren, Furan, Benzofuran, Isobenzofuran, Dibenzofuran, Thiophen, Benzothiophen, Isobenzothiophen, Dibenzothiophen; Pyrrol, Indol, Isoindol, Carbazol, Pyridin, Chinolin, Isochinolin, Acridin, Phenanthridin, Benzo-5,6-chinolin, Isochinolin, Benzo-6,7-chinolin, Benzo-7,8-chinolin, Phenothiazin, Phenoxazin, Pyrazol, Indazol, Imidazol, Benzimidazol, Naphthimidazol, Phenanthrimidazol, Pyridimidazol, Pyrazinimidazol, Chinoxalinimidazol, Oxazol, Benzoxazol, Napthoxazol, Anthroxazol, Phenanthroxazol, Isoxazol, 1,2-Thiazol, 1,3-Thiazol, Benzothiazol, Pyridazin, Benzopyridazin, Pyrimidin, Benzpyrimidin, Chinoxalin, Pyrazin, Phenazin, Naphthyridin, Azacarbazol, Benzocarbolin, Phenanthrolin, 1,2,3-Triazol, 1,2,4-Triazol, Benztriazol, 1,2,3-Oxadiazol, 1,2,4-Oxadiazol, 1,2,5-Oxadiazol, 1,2,3,4-Tetrazin, Purin, Pteridin, Indolizin und Benzothiadiazol.
Ein aromatisches Ringsystem im Sinne dieser Erfindung enthält 6 bis 60 C-Atome im Ringsystem. Ein heteroaromatisches Ringsystem im Sinne dieser Erfindung enthält 5 bis 60 aromatische Ringatome, von denen mindestens eines ein Heteroatom darstellt. Die Heteroatome sind insbesondere ausgewählt aus, N, O und/oder S. Unter einem aromatischen oder heteroaromatischen Ringsystem im Sinne dieser Erfindung soll ein System verstanden werden, das nicht notwendigerweise nur Aryl- oder Heteroarylgruppen enthält, sondern in dem auch mehrere Aryl- oder Heteroarylgruppen durch eine nicht-aromatische Einheit (insbesondere weniger als 10% der verschiedenen Atome), wie z.B. ein sp3-hybridisiertes C-, Si-, oder N-Atom, ein sp2-hybridisiertes C-, N- oder O-Atom oder ein sp-hybridisiertes C-Atom, verbunden sein können. So sollen beispielsweise auch Systeme wie 9,9`-Diarylfluoren, Triarylamin, Diarylether, Stilben etc. als aromatische Ringsysteme im Sinne dieser Erfindung verstanden werden, und ebenso Systeme, in denen zwei oder mehrere Arylgruppen beispielsweise durch eine lineare oder cyclische Alkyl-, Alkenyl- oder Alkinylgruppe oder durch eine Silylgruppe verbunden sind. Weiterhin werden auch Systeme, in denen zwei oder mehr Aryl- oder Heteroarylgruppen über Einfachbindungen miteinander verknüpft sind, als aromatische oder heteroaromatische Ringsysteme im Sinne dieser Erfindung verstanden, wie beispielsweise Systeme wie Biphenyl, Terphenyl oder Diphenyltriazin.
Unter einem aromatischen oder heteroaromatischen Ringsystem mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, welches noch jeweils mit Resten wie oben definiert substituiert sein kann und welches über beliebige Positionen am Aromaten bzw. Heteroaromaten verknüpft sein kann, werden insbesondere Gruppen verstanden, die abgeleitet sind von Benzol, Naphthalin, Anthracen, Benzanthracen, Phenanthren, Benzphenanthren, Pyren, Chrysen, Perylen, Fluoranthen, Napthacen, Pentacen, Benzpyren, Biphenyl, Biphenylen, Terphenyl, Terphenylen, Quaterphenyl, Fluoren, Spirobifluoren, Dihydrophenanthren, Dihydropyren, Tetrahydropyren, cis- oder trans-Indenofluoren, Truxen, Isotruxen, Spirotruxen, Spiroisotruxen, Furan, Benzofuran, Isobenzofuran, Dibenzofuran, Thiophen, Benzothiophen, Isobenzothiophen, Dibenzothiophen, Pyrrol, Indol, Isoindol, Carbazol, Indolocarbazol, Indenocarbazol, Pyridin, Chinolin, Isochinolin, Acridin, Phenanthridin, Benzo-5,6-chinolin Benzo-6,7-chinolin, Benzo-7,8-chinolin, Phenothiazin, Phenoxazin, Pyrazol, Indazol, Imidazol, Benzimidazol, Naphthimidazol, Phenanthrimidazol, Pyridimidazol, Pyarzinimidazol, Chinoxalinimidazol, Oxazol, Benzoxazol, Napthoxazol, Anthroxazol, Phenanthroxazol, Isoxazol, 1,2-Thiazol, 1,3-Thiazol, Benzothiazol, Pyridazin, Benzopyridazin, Pyrimidin, Benzpyrimidin, Chinoxalin, 1,5-Diazaanthracen, 2,7-Diazapyren, 2,3-Diazapyren, 1,6-Diazapyren, 1,8-Diazapyren, 4,5-Diazapyren, 4,5,9,10-Tetraazaperylen, Pyrazin, Phenazin, Phenoxazin, Phenothiazin, Fluorubin, Naphthyridin, Azacarbazol, Benzocarbolin, Phenanthrolin, 1,2,3-Triazol, 1,2,4-Triazol, Benzotriazol, 1,2,3-Oxadiazol, 1,2,4-Oxadiazol, 1,2,5-Oxadiazol, 1,2,3 Oxadiazol, 1,2,3-Thiadiazol, 1,2,5-Thiadiazol, 1,3,4-Thiadiazol, 1,3,5-Triazin, 1,2,4-Triazin, 1,2,3-Triazin, Tetrazol, 1,2,3,5-Tetrazin, 1,2,3,4-Tetrazin, Purin, Pteridin, Indolizin und Benzothiadiazol oder Kombinationen dieser Gruppen.
In einer Ausführungsform sind die chemischen Einheiten AF1 und AF2 derart miteinander verknüpft, dass die elektronische Kommunikation zwischen ihnen unterbrochen wird. Diese Unterbrechung ist durch eine Lokalisierung der Grenzorbitale HOMO und LUMO auf separaten Molekülteilen gekennzeichnet, sodass ein Charge-Transfer Übergang ermöglicht wird.
In einer Ausführungsform sind die chemischen Einheiten AF1 und AF2 derart über einen Separator miteinander verbunden, dass die elektronische Kommunikation zwischen ihnen unterbrochen wird, was anhand der Lokalisierung der Grenzorbitale HOMO und LUMO auf separaten Molekülteilen gekennzeichnet ist. Der Separator kann dabei eine beliebige Struktur aufweisen, solange eine Unterbrechung der elektronischen Kommunikation gewährleistet wird.
Die elektronische Kommunikation zwischen den zwei chemischen Einheiten AF1 und AF2 über konjugierte Bindungen ist unterbrochen, wenn die Grenzorbitale HOMO und LUMO auf mehrheitlich separaten Molekülteilen lokalisiert sind, sodass ein Charge-Transfer Übergang ermöglicht wird. Die Lokalisierung der Grenzorbitale HOMO oder LUMO kann mithilfe der Dichtefunktionaltheorie (DFT) mit dem BP86-Funktional (Becke, A. D. Phys. Rev. A1988, 38, 3098–3100; Perdew, J. P. Phys. Rev. B1986, 33, 8822–8827) visualisiert werden: Aus der Einelektronen-Wellenfunktion wird die Einelektronendichte durch Quadrieren berechnet und über den Raum integriert, den der untersuchte Molekülteil des organischen Moleküls einnimmt. Dieser Raum kann aus den Atomkoordinaten und den van-der-Waals-Radien der Atome bestimmt werden. Die resultierende Zahl entspricht dem Anteil des Orbitals auf dem Molekülteil. Eine mehrheitliche Trennung der Grenzorbitale entspricht dabei einem Überlappungsparameter O im Bereich 0,1–20%, um einen Charge-Transfer Übergang zu ermöglichen. Der Überlappungsparameter O zwischen der HOMO-Wellenfunktion ϕ_a und der der LUMO-Wellenfunktion ϕ_b ergibt sich aus dem Integral über den gesamten Raum über den jeweils kleineren Wert der quadrierten Wellenfunktion:
Für die erfindungsgemäße Moleküle gilt insbesondere:

– die Differenz der Energie des HOMO der (donierend wirkenden) chemischen Einheit AF2 und der Energie des HOMO der (akzeptierend wirkenden) chemischen Einheit AF1 ist größer als 0,8 eV (Δ HOMO = HOMO(AF2) – HOMO(AF1) > 0,8 eV);
– die Differenz der Energie des LUMO der (donierenden) chemischen Einheit AF2 und der Energie des LUMO der (akzeptierenden) chemischen Einheit AF1 ist größer als 0,8 eV (Δ LUMO = LUMO(AF2) – LUMO(AF1) > 0,8 eV); und
– die Differenz der Energie des LUMO der (akzeptierenden) chemischen Einheit AF1 und der Energie des HOMO der (donierenden) chemischen Einheit AF2 ist größer als 0,9 eV (Δ Gap = LUMO (AF1) – HOMO(AF2) > 0,9 eV);

Die Energiewerte HOMO(AF1), HOMO(AF2), LUMO(AF1), LUMO(AF2) werden mithilfe der Dichtefunktionaltheorie (DFT) berechnet, wobei die Anknüpfungspositionen der ambifunktionalen Einheiten und der Separatoren mit einem Wasserstoffatom entsprechend ihrer chemischen Valenzen abgesättigt werden; und wobei gilt: die angegeben Grenzen beziehen sich auf Orbitalenergien in der Einheit eV, die mit dem BP86-Funktional berechnet werden (Becke, A. D. Phys. Rev. A1988, 38, 3098–3100; Perdew, J. P. Phys. Rev. B1986, 33, 8822–8827);
Für erfindungsgemäße Moleküle einer Ausführungsform gilt: NH₂- und NH-Gruppen der diesen Molekülen zu Grunde liegenden chemischen Einheiten AF sind in den erfindungsgemäßen Molekülen durch N(R**)₂ bzw. NR** ersetzt, wobei die Gesamtzahl der enthaltenen chemischen Einheiten AF maximal vier beträgt.
In einer Ausführungsform weist mindestens eine AF2 des organischen Moleküls eine Struktur der Formel 2A1–2A5 auf oder hat eine Struktur der Formel 2A1–2A5;
wobei in Formel 2A1–2A5 gilt:
X ist C(R**)₂, NR**, Sauerstoff, Schwefel; R** ist entweder ein Rest R*, oder eine chemische Bindung an einen Separator S, oder eine chemische Bindung an einen Rest AF;
y ist 0, 1, 2, 3 oder 4;
AF: Chemische Einheit, wobei im Gesamtmolekül mindestens eine chemische Einheit AF1 und mindestens eine davon verschiedene chemische Einheit AF2 enthalten sind, wobei AF2 durch die in Unterformel 1A gezeigte allgemeine Struktur beschrieben ist und mindestens eine AF2 durch eine der Formeln 2A1 bis 2A5 beschrieben ist und wobei AF1 durch die in Unterformel 1B gezeigte allgemeine Struktur und insbesondere durch eine der Formeln 2B1 bis 2B5 beschrieben wird; oder durch die in Unterformel 1C gezeigte allgemeine Struktur und insbesondere durch eine der Formeln 2C1 bis 2C15 beschrieben wird; oder durch die Unterformel 1D gezeigte allgemeine Struktur und insbesondere durch eine der Formeln 2D1 bis 2D14 beschrieben wird;
R*: siehe Definition bei Formel 1.
In einer Ausführungsform weist mindestens eine chemische Einheit AF1 des organischen Moleküls eine Struktur der Formel 2B1–2B5 auf oder hat eine Struktur der Formel 2B1–2B5;

wobei in 2B1–2B5 bedeutet:
y ist 0, 1, 2, 3, oder 4;
R** ist entweder ein Rest R*, oder eine chemische Bindung an einen Separator S, oder eine chemische Bindung an einen Rest AF, wobei im Molekül maximal vier AF vorhanden sind;
AF: Chemische Einheit, wobei Im Gesamtmolekül mindestens eine chemische Einheit AF1 und mindestens eine davon verschiedene chemische Einheit AF2 enthalten sind, wobei AF2 durch die in Unterformel 1A gezeigte allgemeine Struktur und durch eine der Formeln 2A1 bis 2A5 beschrieben wird und wobei AF1 durch die in Unterformel 1B gezeigte allgemeine Struktur und durch eine der Formeln 2B1 bis 2B5 beschrieben wird; oder durch die in Unterformel 1C gezeigte allgemeine Struktur und durch eine der Formeln 2C1 bis 2C15 beschrieben wird; oder durch die Unterformel 1D gezeigte allgemeine Struktur und durch eine der Formeln 2D1 bis 2D14 beschrieben wird, wobei mindestens eine chemische Einheit AF1 des organischen Moleküls eine Struktur der Formel 2B1–2B5 aufweist;
AF2: siehe Definition bei Formel 1;
R*: siehe Definition bei Formel 1.
In einer Ausführungsform weist mindestens eine AF1 des organischen Moleküls eine Struktur der Formel 2C1–2C15 auf oder hat eine Struktur der Formel 2C1–2C15;

wobei in 2C1–2C15 bedeutet:
y ist 0, 1, 2, 3 oder 4;
R** ist entweder ein Rest R*, oder eine chemische Bindung an einen Separator S, oder eine chemische Bindung an einen Rest AF, wobei im Molekül maximal vier AF vorhanden sind;
AF: Chemische Einheit, wobei Im Gesamtmolekül mindestens eine chemische Einheit AF1 und mindestens eine davon verschiedene chemische Einheit AF2 enthalten sind, wobei AF2 durch die in Unterformel 1A gezeigte allgemeine Struktur und durch eine der Formeln 2A1 bis 2A5 beschrieben wird und wobei AF1 durch die in Unterformel 1B gezeigte allgemeine Struktur und durch eine der Formeln 2B1 bis 2B5 beschrieben wird; oder durch die in Unterformel 1C gezeigte allgemeine Struktur und durch eine der Formeln 2C1 bis 2C15 beschrieben wird; oder durch die Unterformel 1D gezeigte allgemeine Struktur und durch eine der Formeln 2D1 bis 2D14 beschrieben wird, wobei mindestens eine chemische Einheit AF1 des organischen Moleküls eine Struktur der Formel 2C1–2C15 aufweist;
AF2: siehe Definition bei Formel 1;
R*: siehe Definition bei Formel 1.
In einer Ausführungsform weist mindestens eine AF1 des organischen Moleküls eine Struktur der Formel 2D1–2D14 auf oder hat eine Struktur der Formel 2D1–2D14;

wobei in Formel 2D1–2D14 bedeutet:
L ist CO, SO₂, CR**₂, HC=CH oder eine direkte Bindung;
G ist CR**, N;
y ist 0, 1, 2, 3, oder 4
R** ist entweder ein Rest R*, oder eine chemische Bindung an einen Separator S, oder eine chemische Bindung an einen Rest AF; wobei im Molekül maximal vier AF vorhanden sind;
AF: Chemische Einheit, wobei Im Gesamtmolekül mindestens eine chemische Einheit AF1 und mindestens eine davon verschiedene chemische Einheit AF2 enthalten sind, wobei AF2 durch die in Unterformel 1A gezeigte allgemeine Struktur und durch eine der Formeln 2A1 bis 2A5 beschrieben wird und wobei AF1 durch die in Unterformel 1B gezeigte allgemeine Struktur und durch eine der Formeln 2B1 bis 2B5 beschrieben wird; oder durch die in Unterformel 1C gezeigte allgemeine Struktur und durch eine der Formeln 2C1 bis 2C15 beschrieben wird; oder durch die Unterformel 1D gezeigte allgemeine Struktur und durch eine der Formeln 2D1 bis 2D14 beschrieben wird, wobei mindestens eine chemische Einheit AF1 des organischen Moleküls eine Struktur der Formel 2D1–2D14 aufweist;
AF2: siehe Definition bei Formel 1;
R*: siehe Definition bei Formel 1.
In einer Ausführungsform der erfindungsmäßigen Moleküle erfolgt die Anknüpfung einer chemischen Einheit AF1 an die chemische Einheit AF2 über das Stickstoff-Atom, das Atom x, oder den Phenylring, wie in den Strukturen der Formeln 3A1–3A20 gezeigt;
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsmäßigen Moleküle erfolgt die Anknüpfung zweier chemischer Einheiten AF1 an die chemische Einheit AF2 wie in den Strukturen der Formeln 3B1–3B20 gezeigt;
Formel 3B1

wobei in den Unterformeln 3A1–3A20 und 3B1–3B20 gilt:
X ist C(R*)₂, NR*, Sauerstoff, Schwefel;
x ist N oder CR*;
m ist 0 oder 1;
y ist 0, 1, 2, 3 oder 4;
z ist 0, 1, 2 oder 3;
t ist 0, 1 oder 2;
AF: Chemische Einheit, wobei im Gesamtmolekül mindestens eine chemische Einheit AF1 und mindestens eine davon verschiedene chemische Einheit AF2 enthalten sind, wobei AF1 durch die in Unterformel 1B gezeigte allgemeine Struktur und insbesondere durch eine der Formeln 2B1 bis 2B5 beschrieben wird; oder durch die in Unterformel 1C gezeigte allgemeine Struktur und insbesondere durch eine der Formeln 2C1 bis 2C15 beschrieben wird; oder durch die Unterformel 1D gezeigte allgemeine Struktur und insbesondere durch eine der Formeln 2D1 bis 2D14 beschrieben wird;
Separator (S) ist eine optionale chemische Einheit, die AF1 und AF2 verknüpft;
R*: siehe Definition bei Formel 1.
Tabelle 1: Chemische Einheiten AF1 nach Unterformel 1B, 1C, 1D bzw. nach den Formeln 2B1–2B5, 2C1–2C15 oder 2D1–2D14, die im Sinne der Erfindung zu chemischen Einheiten AF2 nach Unterformel 1A bzw. Formel 2A1 bis 2A5 kompatibel sind.
Die Anknüpfungspositionen für weitere Einheiten AF, oder einen Separator S und/oder weitere Reste R* sind durch Kleinbuchstaben gekennzeichnet.
In einer Ausführungsform enthalten erfindungsgemäße Moleküle mindestens eine, aber höchstens zwei identische chemische Einheiten AF1 die ausgewählt sind aus den in Tabelle 1 aufgeführten Strukturen und mindestens eine, aber höchstens zwei chemische Einheiten AF2, die ausgewählt ist aus den in Tabelle 2 aufgeführten Strukturen, wobei gilt: erfindungsgemäße Moleküle enthalten insgesamt maximal vier chemische Einheiten AF.
Tabelle 2: Chemische Einheiten AF2 nach Unterformel 1A bzw. nach den Formeln 2A1 bis 2A5. Die Anknüpfungspositionen für weitere Einheiten AF1, oder einen Separator S und/oder für Reste R* sind mit Kleinbuchstaben gekennzeichnet.
Tabelle 3: Separatoren S. Die Anknüpfungsstellen für die chemischen Einheiten AF1 und AF2 sind durch # gekennzeichnet.
In einer Ausführungsform unterscheidet insbesondere der Separator S die organischen Moleküle funktionell von Molekülen gemäß dem Stand der Technik, da die hier gezeigte Art der Trennung von AFs (oder Donoren und Akzeptoren) über den Separator bisher noch nicht bekannt ist. Separatoren dienen der Unterbrechung der elektronischen Kommunikation zwischen den chemischen Einheiten AF1 und AF2 durch eine derartige Verknüpfung der Einheiten, dass die Grenzorbitale HOMO und LUMO auf mehrheitlich separaten Molekülteilen liegen, was ohne den Separator nicht zwingend der Fall sein muss.
Separatoren im Sinne dieser Erfindung verändern die Lage des HOMO bzw. LUMO der AFs nicht signifikant. Als nicht signifikant gilt im Rahmen dieser Erfindung eine Veränderung von nicht mehr als +/–0,4 eV. Die Berechnung derartiger Energien ist bekannt und funktioniert nach der oben beschriebenen Weise per DFT-Rechnung.
Anhand spektroskopischer Auswahlregeln (symmetrische Moleküle) oder durch Messung des Extinktionskoeffizienten (UV/VIS-Spektroskopie) oder anhand quantenchemischer Berechnung der Oszillatorstärke kann vorhergesagt werden, ob ein quantenmechanischer Übergang erlaubt ist. Je größer die Oszillatorstärke, desto eher ist ein Übergang erlaubt und desto schneller ist der damit verbundene Prozess (Abklingdauer). Angestrebt sind Abklingdauern von < 300 µs, insbesondere < 100 µs oder < 50 µs. Bei einer langen Abklingdauer des (organischen) Emitters kommt es bei hohen Stromstärken schnell zu Sättigungseffekten, was die Bauteillebensdauer negativ beeinflusst und die Erreichung hoher Helligkeiten verhindert. Ein Parameter, der die Abklingdauer maßgeblich beeinflusst, ist das quantenmechanische Überlappungsintegral, welches näherungsweise durch den oben definierten Überlappungsparameter O dargestellt wird. Je stärker die Grenzorbitale HOMO und LUMO getrennt sind, desto kleiner das Überlappungsintegral und umso wahrscheinlicher der Charge-Transfer-Übergang. Jedoch sinkt mit abnehmendem Überlappungsparameter O gleichermaßen die Wahrscheinlichkeit einer TADF-Emission aufgrund abnehmender Oszillatorstärken. Bei einem Wert von 1 für den Überlappungsparameter O liegt nicht mehr verzögerte Fluoreszenz (TADF) aufgrund eines Charge-Transfer Übergangs vor. Um eine effiziente TADF-Emission mit kurzen Abklingdauern zu erreichen, muss das Überlappungsintegral gezielt gesteuert werden. Die gewünschte Überlappung wird durch die geeignete Wahl eines erfindungsgemäßen Separators S erreicht.
Die erfindungsgemäßen Separatoren S erfüllen dabei insbesondere zwei wesentliche funktionelle Merkmale (s. 2):

– die HOMO-Energie ist niedriger als die HOMO-Energie der als Donor fungierenden chemischen Einheit AF2 und
– die LUMO-Energie ist höher als die LUMO-Energie der als Akzeptor fungierenden chemischen Einheit AF1.

Die Erfindung umfasst organische Moleküle, die sich aus Kombinationen der in Tabelle 1 bzw. Tabelle 2 gezeigten chemischen Einheiten AF ergeben, wobei in erfindungsgemäßen Molekülen die AF2 nach Formel 1 optional durch einen Separator S, der eine direkte elektronische Kommunikation der Einheiten AF1 mit den Einheiten AF2 über konjugierte Bindungen durch Konjugationsbruch unterbindet, von den Einheiten AF1 getrennt sind; wobei in einer Ausführungsform die Separatoren ausgewählt sind aus den in Tabelle 3 dargestellten Strukturen S1 bis S11. Erfindungsgemäße Moleküle, die einen der Separatoren S1 bis S11 aufweisen, weisen in einer Ausführungsform genau eine chemische Einheit AF1 und genau eine chemische Einheit AF2 auf (d.h. n + o = 2), sie haben daher die allgemeine Struktur AF1-S-AF2. Erfindungsgemäße Moleküle, die keinen der Separatoren S1 bis S11 aufweisen, weisen in einer Ausführungsform genau eine chemische Einheit AF1 und genau eine chemische Einheit AF2 auf, und haben insbesondere die allgemeine Struktur AF1–AF2.
Tabelle 4: Beispiele für erfindungsgemäße Moleküle der Form AF1-S-AF2, AF2-S-AF1, und der Form AF1–AF2 und AF2–AF1. Die Benennung der einzelnen Moleküle erfolgte folgendermaßen: die Zahlen rechts und links entsprechen den Nummern der AF aus Tabelle 1 und Tabelle 2, Si (i ist 1 bis 11) steht für den entsprechenden Separator aus Tabelle 3.
In einer weiteren Ausführungsform erfindungsgemäßer Moleküle ist kein Separator S enthalten, sodass erfindungsgemäße Moleküle der Form (AF1)_n–(AF2)_o und (AF2)_o–(AF1)_n erhalten werden; wobei gilt: n ist 1 oder 2; o ist 1 oder 2; n + o ist 2, 3 oder 4. In Tabelle 6 sind derartige Moleküle gezeigt.
Tabelle 6: Erfindungsgemäße Moleküle der Form (AF1)_n–(AF2)_o und (AF2)_o–(AF1)_n; wobei gilt: n ist 1 oder 2; o ist 1 oder 2; n + o ist 2, 3 oder 4. Die Benennung der einzelnen Moleküle erfolgte folgendermaßen: die Zahlen rechts und links entsprechen den Nummern der AF aus Tabelle 1 und Tabelle 2.
In einer weiteren Ausführungsform tragen erfindungsgemäße Moleküle, die keinen Separator S aufweisen, an mindestens einer der kovalenten Bindung zwischen AF1 und AF2 benachbarten Position einen Rest R**, wobei gilt: R** ist entweder ein Rest AF, oder ein Rest R*, wobei für R* die Definition aus Unterformel 1 gilt; wobei die Reste R* insbesondere gleich Methyl, Ethyl, iso-Propyl, tert-Butyl oder Phenyl sind.
Die Erlaubtheit eines quantenmechanischen Überganges ist, wie allgemein bekannt, entweder durch theoretisch ableitbare spektroskopische Auswahlregeln (symmetrische Moleküle) oder durch Messung des Extinktionskoeffizienten (UV/VIS-Spektroskopie) oder quantenchemische Berechnung der Oszillatorstärke zugänglich, wobei sich Erlaubtheit durch eine große Oszillatorstärke auszeichnet. Je größer die Oszillatorstärke, desto schneller der damit verbundene Prozess. Bei einer langen Abklingdauer des (organischen) Emitters kommt es bei hohen Stromstärken schnell zu Sättigungseffekten, was die Bauteillebensdauer negativ beeinflusst und die Erreichung hoher Helligkeiten verhindert. Wird, wie in der vorliegenden Erfindung, durch eine geeignete Wahl des Anknüpfungsmotivs der AF1 eine gewisse Durchdringung von HOMO und LUMO erreicht, steigt das quantenmechanische Überlappungsintegral, und damit auch die Oszillatorstärke, so dass die Abklingzeiten auf Werte unter 50 µs absinken. Dies wird durch die erfindungsgemäße AF2 und/oder die in der oder den ortho-Position(en) zu der/den AF2 befindlichen Reste R** gewährleistet.
In einer Ausführungsform werden an die chemisch substituierbaren Positionen der so erhaltenen organischen Moleküle weitere Reste R angefügt, um die Löslichkeit der Emitter zu steigern und/oder die Polymerisierbarkeit zu ermöglichen ohne dabei die elektronischen Eigenschaften des Moleküls signifikant zu verändern, sodass auch bei Verwendung von R ein Emitter vorliegt, wobei gilt:
jedes R ist bei jedem Auftreten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Deuterium, Phenyl, Naphthyl, F, Cl, Br, I, N(R²)₂, -CN, -NC, -SCN, -CF₃, -NO₂, -OH, C(=O)OH, C(=O)OR³, C(=O)N(R³)₂, C(=O)SR³, C(=S)SR³, Si(R⁴)₃, B(OR⁵)₂, B(N(R⁶)₂)₂, C(=O)R³, P(=O)(R⁷)₂, As(=O)(R⁷)₂, P(=S)(R⁷)₂, As(=S)(R⁷)₂, S(=O)R³, S=NR³, S(=O)NR³, S(=O)₂NR³, S(=O)₂R³, O-S(=O)₂R³, SF₅, eine lineare Alkyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 1 bis 40 C-Atomen oder eine lineare Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 2 bis 40 C-Atomen oder eine verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 3 bis 40 C-Atomen, die jeweils mit einem oder mehreren Resten R⁹ substituiert sein kann, wobei eine oder mehrere benachbarte CH₂-Gruppen durch -R⁹C=CR⁹-, -C≡C-, bzw. eine benachbarte CH₂-Gruppe durch -Si(R⁴)₂-, -Ge(R⁴)₂-, -Sn(R⁴)₂, -C(=O)-, -C(=S)-, -C(=Se)-, -C=N-, -C(=O)O-, -C(=O)N(R³)-, -P(=O)(R⁷)-, -As(=O)(R⁷)-, -P(=S)(R⁷)-, -As(=S)(R⁷)-, -S(=O)-, -S(=O)₂-, -NR²-, -O-, oder -S- ersetzt sein können und wobei ein oder mehrere H-Atome durch Deuterium, F, Cl, Br, I, CN, CF₃ oder NO₂ ersetzt sein können, oder ein aromatisches oder heteroaromatisches Ringsystem mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, das jeweils durch einen oder mehrere Reste R² substituiert sein kann, oder eine Aryloxy- oder Heteroaryloxygruppe mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, die durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Diarylaminogruppe, Diheteroarylaminogruppe oder Arylheteroarylaminogruppe mit 10 bis 40 aromatischen Ringatomen, welche durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Kombination dieser Systeme; dabei können zwei oder mehrere dieser Substituenten R auch miteinander ein aromatisches oder monozyklisches aliphatisches Ringsystem mit insgesamt fünf oder sechs Ringgliedern bilden;
R² ist bei jedem Auftreten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Deuterium, Phenyl, Naphthyl, CF₃, C(=O)OR³, C(=O)N(R⁴)₂, Si(R⁴)₃, C(=O)R³, P(=O)(R⁷)₂, As(=O)(R⁷)₂ P(=S)(R⁷)₂, As(=S)(R⁷)₂, S(=O)R³, S(=O)₂R³, eine lineare Alkyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 1 bis 40 C-Atomen oder eine lineare Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 2 bis 40 C-Atomen oder eine verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 3 bis 40 C-Atomen, die jeweils mit einem oder mehreren Resten R⁹ substituiert sein kann, wobei eine oder mehrere benachbarte CH₂-Gruppen durch -R⁹C=CR⁹-, -C≡C-, bzw. eine benachbarte CH₂-Gruppe durch -Si(R³)₂-, -Ge(R⁴)₂-, -Sn(R⁴)₂, -C(=O)-, -C(=S)-, -C(=Se)-, -C=N-, -C(=O)O-, -C(=O)N(R³)-, -P(=O)(R⁷)-, -As(=O)(R⁷)-, -P(=S)(R⁷)-, -As(=S)(R⁷)-, -S(=O)-, -S(=O)₂-, -NR⁴-, -O-, oder -S-ersetzt sein können und wobei ein oder mehrere H-Atome durch Deuterium, F, Cl, Br, I, CN, CF₃ oder NO₂ ersetzt sein können, oder ein aromatisches oder heteroaromatisches Ringsystem mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, das jeweils durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Aryloxy- oder Heteroaryloxygruppe mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, die durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Diarylaminogruppe, Diheteroarylaminogruppe oder Arylheteroarylaminogruppe mit 10 bis 40 aromatischen Ringatomen, welche durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Kombination dieser Systeme; dabei können zwei oder mehrere dieser Substituenten R² auch miteinander ein mono- oder polycyclisches, aliphatisches, aromatisches und/oder benzoannelliertes Ringsystem bilden;
R³ ist bei jedem Auftreten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Deuterium, Phenyl, Naphthyl, CF₃ oder ein aliphatischer, aromatischer und/oder heteroaromatischer Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 C-Atomen, in dem auch ein oder mehrere H-Atome durch F oder CF₃ ersetzt sein können; dabei können zwei oder mehrere Substituenten R³ auch miteinander ein mono- oder polycyclisches, aliphatisches Ringsystem bilden;
R⁴ ist bei jedem Auftreten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Deuterium, Phenyl, Naphthyl, N(R³)₂, CN, CF₃, OH, C(=O)OR³, C(=O)N(R³)₂, C(=O)R³, P(=O)(R⁷)₂, As(=O)(R⁷)₂, P(=S)(R⁷)₂, As(=S)(R⁷)₂, eine lineare Alkyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 1 bis 40 C-Atomen oder eine lineare Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 2 bis 40 C-Atomen oder eine verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 3 bis 40 C-Atomen, die jeweils mit einem oder mehreren Resten R⁹ substituiert sein kann, wobei eine oder mehrere benachbarte CH₂-Gruppen durch -R⁹C=CR⁹-, -C≡C-, bzw. eine benachbarte CH₂-Gruppe durch -Si(R³)₂-, -Ge(R³)₂-, -Sn(R³)₂, -C(=O)-, -C(=S)-, -C(=Se)-, -C=N-, -C(=O)O-, -C(=O)N(R³)-, -P(=O)(R⁷)-, -As(=O)(R⁷)-, -P(=S)(R⁷)-, -As(=S)(R⁷)-, -S(=O)-, -S(=O)₂-, -NR³-, -O-, oder -S- ersetzt sein können und wobei ein oder mehrere H-Atome durch Deuterium, F, Cl, Br, I, CN, CF₃ oder NO₂ ersetzt sein können, oder ein aromatisches oder heteroaromatisches Ringsystem mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, das jeweils durch einen oder mehrere Reste R⁸ substituiert sein kann, oder eine Aryloxy- oder Heteroaryloxygruppe mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, die durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Diarylaminogruppe, Diheteroarylaminogruppe oder Arylheteroarylaminogruppe mit 10 bis 40 aromatischen Ringatomen, welche durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Kombination dieser Systeme; dabei können zwei oder mehrere dieser Substituenten R⁴ auch miteinander ein mono- oder polycyclisches, aliphatisches, aromatisches und/oder benzoannelliertes Ringsystem bilden;
R⁵ ist bei jedem Auftreten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Phenyl, Naphthyl, CF₃, C(=O)R³, P(=O)(R⁷)₂, As(=O)(R⁷)₂, eine lineare Alkyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 1 bis 40 C-Atomen oder eine lineare Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 2 bis 40 C-Atomen oder eine verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 3 bis 40 C-Atomen, die jeweils mit einem oder mehreren Resten R⁹ substituiert sein kann, wobei eine oder mehrere benachbarte CH₂-Gruppen durch -R⁹C=CR⁹-, -C≡C-, bzw. eine benachbarte CH₂-Gruppe durch -Si(R⁴)₂-, -Ge(R⁴)₂-, -Sn(R⁴)₂, -C(=O)-, -C(=S)-, -C(=Se)-, -C=N-, -C(=O)O-, -C(=O)N(R³)-, -P(=O)(R⁷)-, -As(=O)(R⁷)-, -P(=S)(R⁷)-, -As(=S)(R⁷)-, -S(=O)-, -S(=O)₂-, -NR³-, -O-, oder -S- ersetzt sein können und wobei ein oder mehrere H-Atome durch Deuterium, F, Cl, Br, I, CN, CF₃ oder NO₂ ersetzt sein können, oder ein aromatisches oder heteroaromatisches Ringsystem mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, das jeweils durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Aryloxy- oder Heteroaryloxygruppe mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, die durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Diarylaminogruppe, Diheteroarylaminogruppe oder Arylheteroarylaminogruppe mit 10 bis 40 aromatischen Ringatomen, welche durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Kombination dieser Systeme; dabei können zwei oder mehrere dieser Substituenten R⁵ auch miteinander ein mono- oder polycyclisches, aliphatisches, aromatisches und/oder benzoannelliertes Ringsystem bilden;
R⁶ ist bei jedem Auftreten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Phenyl, Naphthyl, CF₃, Si(R⁴)₃, C(=O)R³, P(=O)(R⁷)₂, eine lineare Alkyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 1 bis 40 C-Atomen oder eine lineare Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 2 bis 40 C-Atomen oder eine verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 3 bis 40 C-Atomen, die jeweils mit einem oder mehreren Resten R⁹ substituiert sein kann, wobei eine oder mehrere benachbarte CH₂-Gruppen durch -R⁹C=CR⁹-, -C≡C-, bzw. eine benachbarte CH₂-Gruppe durch-Si(R⁴)₂-, -Ge(R⁴)₂-, -Sn(R⁴)₂, -C(=O)-, -C(=S)-, -C(=Se)-, -C=N-, -C(=O)O-, -C(=O)N(R³)-, -P(=O)(R⁷)-, -As(=O)(R⁷)-, -P(=S)(R⁷)-, -As(=S)(R⁷)-, -S(=O)-, -S(=O)₂-, -NR²-, -O-, oder -S- ersetzt sein können und wobei ein oder mehrere H-Atome durch Deuterium, F, Cl, Br, I, CN, CF₃ oder NO₂ ersetzt sein können, oder ein aromatisches oder heteroaromatisches Ringsystem mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, das jeweils durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Aryloxy- oder Heteroaryloxygruppe mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, die durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Diarylaminogruppe, Diheteroarylaminogruppe oder Arylheteroarylaminogruppe mit 10 bis 40 aromatischen Ringatomen, welche durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Kombination dieser Systeme; dabei können zwei oder mehrere dieser Substituenten R⁶ auch miteinander ein mono- oder polycyclisches, aliphatisches, aromatisches und/oder benzoannelliertes Ringsystem bilden;
R⁷ ist bei jedem Auftreten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Phenyl, Naphthyl, N(R³)₂, CN, CF₃, C(=O)OR³, C(=O)N(R³)₂, Si(R³)₃, C(=O)R³, eine lineare Alkyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 1 bis 40 C-Atomen oder eine lineare Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 2 bis 40 C-Atomen oder eine verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 3 bis 40 C-Atomen, die jeweils mit einem oder mehreren Resten R⁹ substituiert sein kann, wobei eine oder mehrere benachbarte CH₂-Gruppen durch -R⁹C=CR⁹-, -C≡C-, bzw. eine benachbarte CH₂-Gruppe durch -Si(R³)₂-, -Ge(R³)₂-, -Sn(R³)₂, -C(=O)-, -C(=S)-, -C(=Se)-, -C=N-, -C(=O)O-, -C(=O)N(R³)-, -P(=O)(R³)-, -As(=O)(R³)-, -P(=S)(R³)-, -As(=S)(R³)-, -S(=O)-, -S(=O)₂-, -NR³-, -O-, oder -S- ersetzt sein können und wobei ein oder mehrere H-Atome durch Deuterium, F, Cl, Br, I, CN, CF₃ oder NO₂ ersetzt sein können, oder ein aromatisches oder heteroaromatisches Ringsystem mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, das jeweils durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Aryloxy- oder Heteroaryloxygruppe mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, die durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Diarylaminogruppe, Diheteroarylaminogruppe oder Arylheteroarylaminogruppe mit 10 bis 40 aromatischen Ringatomen, welche durch einen oder mehrere Reste R³ substituiert sein kann, oder eine Kombination dieser Systeme; dabei können zwei oder mehrere dieser Substituenten R⁷ auch miteinander ein mono- oder polycyclisches, aliphatisches, aromatisches und/oder benzoannelliertes Ringsystem bilden;
R⁸ ist bei jedem Auftreten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Deuterium, Phenyl, Naphthyl, F, CF₃ oder ein aliphatischer, aromatischer und/oder heteroaromatischer Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 C-Atomen, in dem auch ein oder mehrere H-Atome durch F oder CF₃ ersetzt sein können; dabei können zwei oder mehrere Substituenten R⁸ auch miteinander ein mono- oder polycyclisches, aliphatisches Ringsystem bilden;
R⁹ ist bei jedem Auftreten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Deuterium, Phenyl, Naphthyl, N(R³)₂, CN, CF₃, NO₂, OH, COOH, C(=O)OR³, C(=O)N(R³)₂, Si(R³)₃, B(OR³)₂, C(=O)R³, P(=O)(R³)₂, P(=S)(R³)₂, As(=O)(R³)₂, P(=S)(R³)₂, S(=O)R³, S(=O)₂R³, OSO₂R³, eine lineare Alkyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 1 bis 40 C-Atomen oder eine lineare Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 2 bis 40 C-Atomen oder eine verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 3 bis 40 C-Atomen, die jeweils mit einem oder mehreren Resten R⁸ substituiert sein kann, wobei eine oder mehrere nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -R³C=CR³-, -C≡C-, bzw. eine benachbarte CH₂-Gruppe durch -Si(R³)₂-, -Ge(R³)₂-, -Sn(R³)₂, -C(=O)-, -C(=S)-, -C(=Se)-, -C=N-, -C(=O)O-, -C(=O)N(R³)-, -P(=O)(R³)-, -As(=O)(R³)-, -P(=S)(R³)-, -As(=S)(R³)-, -S(=O)-, -S(=O)₂-, -NR³-, -O-, oder -S- ersetzt sein können und wobei ein oder mehrere H-Atome durch Deuterium, F, Cl, Br, I, CN, CF₃ oder NO₂ ersetzt sein können, oder ein aromatisches oder heteroaromatisches Ringsystem mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, das jeweils durch einen oder mehrere Reste R⁸ substituiert sein kann, oder eine Aryloxy- oder Heteroaryloxygruppe mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, die durch einen oder mehrere Reste R³ substituiert sein kann, oder eine Diarylaminogruppe, Diheteroarylaminogruppe oder Arylheteroarylaminogruppe mit 10 bis 40 aromatischen Ringatomen, welche durch einen oder mehrere Reste R⁸ substituiert sein kann, oder eine Kombination dieser Systeme; dabei können zwei oder mehrere dieser Substituenten R⁹ auch miteinander ein mono- oder polycyclisches, aliphatisches, aromatisches und/oder benzoannelliertes Ringsystem;
Polymerisierbare Reste sind solche Reste, die polymerisierbare funktionelle Einheiten tragen, die mit sich selbst homopolymerisiert oder mit anderen Monomeren copolymiersiert werden können. Somit können die erfindungsgemäßen Moleküle als Polymer mit folgenden Wiederholungseinheiten der Formeln 3 und 4 erhalten werden, die als Polymere in der lichtemittierenden Schicht des optoelektronischen Bauelements Verwendung finden können.
In Formel 3 und 4 stehen L1 und L2 für gleiche oder verschiedene Linkergruppen, die 0 bis 20, insbesondere 1 bis 15, oder 2 bis 10 Kohlenstoffatome aufweisen, und wobei die gewellte Linie die Position kennzeichnet, über die die Linkergruppe an das organische Molekül der Formel 1 angebunden ist. In einer Ausführungsform weist die Linkergruppe L1 und/oder L2 eine Form -X-L3- auf, wobei X für O oder S steht und L3 für eine Linkergruppe ausgewählt aus der Gruppe aus einer substituierten und unsubstituierten Alkylengruppe (linear, verzweigt oder cyclisch) und einer substituierten und unsubstituierten Arylengruppe, insbesondere eine substituierte oder unsubstituierte Alkylengruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen oder eine substituierte oder unsubstituierte Phenylengruppe, wobei auch Kombinationen möglich sind. In einer weiteren Ausführungsform weist die Linkergruppe L1 und/oder L2 eine Form -C(=O)O- auf. R ist bei jedem Auftreten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Deuterium, Phenyl, Naphthyl, F, CF₃ oder ein aliphatischer, aromatischer und/oder heteroaromatischer Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 C-Atomen, in dem auch ein oder mehrere H-Atome durch F oder CF₃ ersetzt sein können; dabei können zwei oder mehrere Substituenten R auch miteinander ein mono- oder polycyclisches, aliphatisches Ringsystem bilden, außerdem kann R sein: eine lineare Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 1 bis 40 C-Atomen oder eine lineare Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 2 bis 40 C-Atomen oder eine verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 3 bis 40 C-Atomen.
Weitere Ausführungsformen der Wiederholungseinheiten sind Strukturen der Formeln 5 bis 10:
Zur Herstellung der Polymere, die die Wiederholungseinheiten gemäß Formel 5 bis 10 aufweisen, werden die polymerisierbaren funktionellen Einheiten über eine Linkergruppe der Formeln 11 bis 16, die eine Hydroxyleinheit aufweisen, an ein organisches Molekül der Formel 1 angebunden und die daraus resultierenden Verbindungen mit sich selbst homopolymerisiert oder mit anderen geeigneten Monomeren copolymerisiert.
Polymere, die eine Einheit gemäß Formel 3 oder Formel 4 aufweisen, können dabei entweder ausschließlich Wiederholungseinheiten mit einer Struktur der allgemeinen Formel 5 oder 6, oder Wiederholungseinheiten mit einer anderen Struktur aufweisen. Beispiele von Wiederholungseinheiten mit anderen Strukturen weisen Einheiten auf, die sich aus entsprechenden Monomeren ergeben, die typischerweise in Copolymerisationen eingesetzt oder verwendet werden. Beispiele für derartige Wiederholungseinheiten, die sich aus Monomeren ergeben, sind Wiederholungseinheiten, die ungesättigte Einheiten wie Ethylen oder Styrol aufweisen.
Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft organischen Moleküle, welche

– einen ΔE(S₁ – T₁)-Wert zwischen dem untersten angeregten Singulett(S₁)- und dem darunter liegenden Triplett(T₁)-Zustand von kleiner als 0,2 eV, insbesondere kleiner als 0,1 eV aufweisen und/oder
– eine Emissionslebensdauer von höchstens 50 µs aufweisen.

Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt die Verwendung eines erfindungsgemäßen organischen Moleküls als lumineszierender Emitter und/oder als Hostmaterial und/oder als Elektronentransportmaterial und/oder als Lochinjektionsmaterial und/oder als Lochblockiermaterial in einem optoelektronischen Bauelement, das insbesondere durch ein Vakuumverdampfungsverfahren oder aus Lösung hergestellt wird, wobei das optoelektronische Bauelement insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus:

– organischen lichtemittierenden Dioden (OLEDs),
– lichtemittierenden elektrochemischen Zellen,
– OLED-Sensoren, insbesondere in nicht hermetisch nach außen abgeschirmten Gas- und Dampf-Sensoren,
– organischen Dioden,
– organischen Solarzellen,
– organischen Transistoren,
– organischen Feldeffekttransistoren,
– organischen Lasern und
– Down-Konversions-Elementen.

Der Anteil des erfindungsgemäßen organischen Moleküls am lumineszierenden Emitter und/oder Hostmaterial und/oder Elektronentransportmaterial und/oder Lochinjektionsmaterial und/oder Lochblockiermaterial beträgt in einer Ausführungsform 1 % bis 99 % (Gew%), insbesondere beträgt der Anteil am Emitter in optischen Licht emittierenden Bauelementen, insbesondere in OLEDs, zwischen 5 % und 80 %.
Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt optoelektronische Bauelemente, aufweisend ein erfindungsgemäßes organisches Molekül, wobei das optoelektronische Bauelement insbesondere ausgeformt ist als ein Bauelement ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus organischer lichtemittierender Diode (OLED), Licht-emittierender elektrochemischer Zelle, OLED-Sensor, insbesondere in nicht hermetisch nach außen abgeschirmten Gas- und Dampf-Sensoren, organischer Diode, organischer Solarzelle, organischem Transistor, organischem Feldeffekttransistor, organischem Laser und Down-Konversion-Element.
Eine Ausführungsform betrifft das erfindungsgemäße optoelektronische Bauelement aufweisend ein Substrat, eine Anode und eine Kathode, wobei die Anode und die Kathode auf das Substrat aufgebracht sind, und mindestens eine lichtemittierende Schicht, welche zwischen Anode und Kathode angeordnet ist und die ein erfindungsgemäßes organisches Molekül enthält.
In einer weiteren Ausführungsform des Bauelements wird das organische Molekül als Emissionsmaterial in einer Emissionsschicht eingesetzt, wobei sie in Kombination mit mindestens einem Hostmaterial oder insbesondere als Reinschicht eingesetzt werden kann. In einer Ausführungsform beträgt dabei der Anteil des organischen Moleküls als Emissionsmaterial in einer Emissionsschicht in optischen Licht-emittierenden Bauelementen, insbesondere in OLEDs, zwischen 5 % und 80 % (Gew%).
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauelements ist die ein erfindungsgemäßes organisches Molekül aufweisende lichtemittierende Schicht auf ein Substrat aufgebracht.
In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung ein optoelektronisches Bauelement, bei dem die lichtemittierende Schicht ausschließlich ein erfindungsgemäßes organisches Molekül in 100 % Konzentration aufweist, wobei die Anode und die Kathode auf das Substrat aufgebracht ist, und die lichtemittierende Schicht zwischen Anode und Kathode aufgebracht ist.
In einer weiteren Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement neben dem erfindungsgemäßen organischen Molekül mindestens ein Hostmaterial auf, wobei insbesondere der angeregte Singulettzustand (S₁) und/oder der angeregte Triplettzustand (T₁) des mindestens einen Hostmaterials höher ist als der angeregte Singulettzustand (S₁) und/oder der angeregte Triplettzustand (T₁) des organischen Moleküls, und wobei die Anode und die Kathode auf das Substrat aufgebracht ist, und die lichtemittierende Schicht zwischen Anode und Kathode aufgebracht ist.
In einer weiteren Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement ein Substrat, eine Anode, eine Kathode und mindestens je eine löcherinjizierende und eine elektroneninjizierende Schicht und mindestens eine lichtemittierende Schicht auf, wobei die mindestens eine lichtemittierende Schicht ein erfindungsgemäßes organisches Molekül und ein Hostmaterial aufweist, dessen Triplett(T₁)- und Singulett(S₁)-Energieniveaus energetisch höher liegen als die Triplett(T₁)- und Singulett(S₁)-Energieniveaus des organischen Moleküls, und wobei die Anode und die Kathode auf das Substrat aufgebracht ist, und die löcher- und elektroneninjizierende Schicht zwischen Anode und Kathode aufgebracht ist und die lichtemittierende Schicht zwischen löcher- und elektroneninjizierende Schicht aufgebracht ist.
In einer weiteren Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement ein Substrat, eine Anode, eine Kathode und mindestens je eine löcherinjizierende und eine elektroneninjizierende Schicht, und mindestens je eine löchertransportierende und eine elektronentransportierende Schicht, und mindestens eine lichtemittierende Schicht auf, wobei die mindestens eine lichtemittierende Schicht ein erfindungsgemäßes organisches Molekül sowie ein Hostmaterial aufweist, dessen Triplett(T₁)- und Singulett(S₁)-Energieniveaus energetisch höher liegen als die Triplett(T₁)- und Singulett(S₁)-Energieniveaus des organischen Moleküls, und wobei die Anode und die Kathode auf das Substrat aufgebracht ist, und die löcher- und elektroneninjizierende Schicht zwischen Anode und Kathode aufgebracht ist, und die löcher- und elektronentransportierende Schicht zwischen löcher- und elektroneninjizierende Schicht aufgebracht ist, und die lichtemittierende Schicht zwischen löcher- und elektronentransportierende Schicht aufgebracht ist.
In einer weiteren Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement mindestens ein Hostmaterial aus einem Material gemäß Formel 1 auf.
In einer weiteren Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements beinhaltet die lichtemittierende Schicht fluoreszente oder phosphoreszente Materialien, welche eine Struktur der Formel 1 aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements bilden ein organisches Molekül gemäß Formel 1 und ein funktionelles Material, beispielsweise in Form eines weiteren Emitter-Materials, eines Host-Materials, oder eines weiteren organisches Moleküls, welches zur Bildung eines Exciplex mit dem Molekül gemäß Formel 1 befähigt ist, einen Exciplex. Funktionelle Materialien sind beispielsweise Hostmaterialien wie MCP, Elektronentransportmaterialien wie TPBI und Lochtransportmaterialien wie NPD oder MTDATA. Exciplexe sind Addukte aus elektronisch angeregten Molekülen und solchen im elektronischen Grundzustand, die zur Lichtemission fähig sind.
In einer weiteren Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist die Emission durch thermisch aktivierte verzögerte Fluoreszenz (TADF) charakterisiert.
In einer weiteren Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements werden organische Moleküle gemäß Formel 1 als Ladungstransportschicht verwendet.
Die Erfindung betrifft in einem Aspekt ein lichtemittierendes Material, aufweisend ein erfindungsgemäßes organisches Molekül und ein Hostmaterial, wobei die Triplett(T₁)- und Singulett(S₁)-Energieniveaus des Hostmaterials energetisch höher liegen als die Triplett(T₁)- und Singulett(S₁)-Energieniveaus des organischen Moleküls, und wobei das organische Molekül Fluoreszenz oder thermisch aktivierte verzögerte Fluoreszenz (TADF) emittiert, und einen ΔE(S₁ – T₁)-Wert zwischen dem untersten angeregten Singulett(S₁)- und dem darunter liegenden Triplett(T₁)-Zustand von kleiner als 0,2 eV, insbesondere kleiner als 0,1 eV aufweist.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements aufweisend ein erfindungsgemäßes organisches Molekül. In einer Ausführungsform ist das Verfahren gekennzeichnet durch die Verarbeitung des organischen Moleküls mittels eines Vakuumverdampfungsverfahrens oder aus einer Lösung.
In einer Ausführungsform ist das Verfahren gekennzeichnet durch das Aufbringen des organischen Moleküls auf einen Träger, wobei das Aufbringen insbesondere nass-chemisch, mittels kolloidaler Suspension oder mittels Sublimation erfolgt.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird mindestens eine Schicht

– mit einem Sublimationsverfahren beschichtet
– mit einem OVPD (Organic Vapor Phase Deposition) Verfahren beschichtet
– mit Hilfe einer Trägergassublimation beschichtet oder
– aus Lösung oder mit einem beliebigen Druckverfahren hergestellt.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Veränderung der Emissions- und/oder Absorptionseigenschaften eines elektronischen Bauelements, wobei ein erfindungsgemäßes organisches Molekül in ein Matrixmaterial zur Leitung von Elektronen oder Löchern in einem optoelektronischen Bauelement eingebracht wird.
Die Erfindung betrifft zudem in einem weiteren Aspekt die Verwendung eines erfindungsgemäßen Moleküls zur Umwandlung von UV-Strahlung oder von blauem Licht in sichtbares Licht, insbesondere in grünes, gelbes oder rotes Licht (Down-Konversion), insbesondere in einem optoelektronischen Bauelement der hier beschriebenen Art.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Anwendung, in der mindestens ein Material mit einer Struktur gemäß Formel 1, durch äußere energetische Anregung zum Leuchten angeregt wird. Die äußere Anregung kann elektronisch oder optisch oder radioaktiv sein.
Beispiele
Berechnungen nach der Dichtefuntionaltheorie
Variante 1 (BP86)
Für die DFT-Rechnungen (Dichtefunktionaltheorie) wurde das BP86-Funktional (Becke, A. D. Phys. Rev. A1988, 38, 3098–3100; Perdew, J. P. Phys. Rev. B1986, 33, 8822–8827) und def2-SV(P)-Basissätze (Weigend, F.; Ahlrichs, R. Phys. Chem. Chem. Phys. 2005, 7, 3297–3305; Rappoport, D.; Furche, F. J. Chem. Phys.2010, 133, 134105/1–134105/11) verwendet. Zur numerischen Integration kam das m4-Grid zum Einsatz und die resolution-of-identity-Näherung (RI) (Häser, M.; Ahlrichs, R. J. Comput. Chem. 1989, 10, 104–111; Weigend, F.; Häser, M. Theor. Chem. Acc. 1997, 97, 331–340; Sierka, M.; Hogekamp, A.; Ahlrichs, R. J. Chem. Phys. 2003, 118, 9136–9148) wurde in allen Rechnungen verwendet. Die DFT-Rechnungen wurden mit dem Turbomole-Programmpaket (Version 6.5) (TURBOMOLE V6.4 2012, eine Entwicklung der Universität Karlsruhe und der Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, 1989−2007, TURBOMOLE GmbH, seit 2007; erhältlich unter http://www.turbomole.com) durchgeführt.
Variante 2 (TD-B3LYP)
Für die Optimierung der Molekülstrukturen wurde das BP86-Funktional (Becke, A. D. Phys. Rev. A1988, 38, 3098–3100; Perdew, J. P. Phys. Rev. B1986, 33, 8822–8827) verwendet, wobei die resolution-of-identity-Näherung (RI) (Sierka, M.; Hogekamp, A.; Ahlrichs, R. J. Chem. Phys. 2003, 118, 9136–9148; Becke, A.D., J.Chem.Phys. 98 (1993) 5648–5652; Lee, C; Yang, W; Parr, R.G. Phys. Rev. B 37 (1988) 785–789) zum Einsatz kam. Anregungsenergien wurden bei der mit BP86 optimierten Struktur mit der Time-Dependent DFT-Methode (TD-DFT) unter Verwendung des B3LYP-Funktionals (Becke, A.D., J.Chem.Phys. 98 (1993) 5648–5652; Lee, C; Yang, W; Parr, R.G. Phys. Rev. B 37 (1988) 785–789; Vosko, S. H.; Wilk, L.; Nusair, M. Can. J. Phys. 58 (1980) 1200–1211; Stephens, P. J.; Devlin, F. J.; Chabalowski, C. F.; Frisch, M. J. J.Phys.Chem. 98 (1994) 11623–11627) berechnet. In allen Rechnungen wurden def2-SV(P)-Basissätze (Weigend, F.; Ahlrichs, R. Phys. Chem. Chem. Phys. 2005, 7, 3297–3305; Rappoport, D.; Furche, F. J. Chem. Phys.2010, 133, 134105/1–134105/11) und ein m4-Grid zur numerischen Integration verwendet. Alle DFT-Rechnungen wurden mit dem Turbomole-Programmpaket (Version 6.5) (TURBOMOLE V6.4 2012, eine Entwicklung der Universität Karlsruhe und der Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, 1989–2007, TURBOMOLE GmbH, seit 2007; erhältlich unter http://www.turbomole.com) durchgeführt.
Ein Maß für die Abklingdauer ist der ΔE(S1 – T1)-Abstand zwischen dem untersten angeregten Singulett(S₁)- und dem darunter liegenden Triplett(T₁)-Zustand. Je kleiner dieser Wert, desto vorteilhafter sind die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Moleküle, wie bspw. die Abklingdauer. In einer Ausführungsform weist der ΔE(S1 – T1)-Abstand Werte von kleiner 0,3 eV auf. Dieser wird durch die Überlappung von HOMO und LUMO beeinflusst. Die Größe des quantenmechanischen Überlappungsparameters O, welcher nach oben genannter DFT-Methode berechenbar ist, kann durch Anordnung der Einheiten AF1 und AF2 und des optionalen Separators gezielt gesteuert werden. Kommt es zur völligen Trennung von HOMO und LUMO hat dieses einen Wert von 0. Die Wahrscheinlichkeit einer effizienten Emission des organischen Moleküls sinkt drastisch. Bei einem Wert von 1 liegt nicht mehr verzögerte Fluoreszenz (TADF) sondern spontane Emission vor. Die gewünschte Überlappung wird durch die geeignete Wahl der Anordnung der Einheiten AF1 und AF2 und dem optionalen Separator erreicht.
Tabelle 7: Beispiele für erfindungsgemäße Moleküle der Form (AF1)_n-S_m-(AF2)_o, wobei m = 0 oder 1; n = 1 oder 2; o = 1 oder 2; n + o = 2, 3 oder 4, mit berechneten Werten für den Singulett-Triplett-Abstand ΔE (S0Geo) in der Geometrie des S0-Grundzustands
Synthesevorschriften:
AAV1: Hartwig-Buchwald-Aminierung
Unter Schutzgasatmosphäre werden das entsprechende Arylbromid oder -iodid und das entsprechende Carbazol-Derivat im gewünschten stöchiometrischen Verhältnis sowie NaOtBu (1,5 mmol pro mmol Carbazol-Derivat), PdOAc₂ (0,05 Äquiv.) und P(tBu)₃ (0,1 Äquiv.) in absolutem Toluol suspendiert. Das Gemisch wird 24 h unter Rückfluss erhitzt. Nach dem Abkühlen auf RT wird das Reaktionsgemisch mit dem gleichen Volumen Ethylacetat versetzt und 3x mit Wasser extrahiert. Die organische Phase wird über MgSO₄ getrocknet und anschließend filtriert. Nach Entfernen des Lösungsmittels wird der Rückstand durch Umkristallisation oder per MPLC gereinigt.
AAV2a: Nucleophile Aromatische Substitution
Unter Schutzgasatmosphäre werden das entsprechende Arylfluorid und das entsprechende Amin im gewünschten stöchiometrischen Verhältnis sowie K₃PO₄ (2 mmol pro mmol Amin) vorgelegt. Nach der Zugabe von absolutem DMSO wird das Gemisch bis zur vollständigen Umsetzung auf 120 °C erhitzt. Nach Abkühlen auf RT werden durch Zugabe von Wasser die organischen Komponenten ausgefällt und anschließend abfiltriert und mit Wasser gewaschen. Der Rückstand wird durch Umkristallisation gereinigt.
AAV2b: Nucleophile Aromatische Substitution
Unter Schutzgasatmosphäre werden das entsprechende Carbazol-Derivat mit Natriumhydrid (60%, 1,3 mmol pro Carbazol-Derivat) vorgelegt, in absolutem DMF gelöst (Achtung Gasentwicklung!) und für 1 h bei Raumtemperatur gerührt. Das entsprechende Arylfluorid oder -chlorid wird im gewünschten stöchiometrischen Verhältnis unter Schutzgasatmosphäre in absolutem DMF gelöst und zur Reaktionsmischung des Carbazol-Derivats zugegeben. Anschließend wird das Gemisch bis zur vollständigen Umsetzung bei Raumtemperatur gerührt. Durch Zugabe von Wasser werden die organischen Komponenten ausgefällt und anschließend abfiltriert und mit Wasser gewaschen. Der Rückstand wird durch Umkristallisation gereinigt.
AAV3: Suzuki-Kupplung
Unter Schutzgasatmosphäre werden das entsprechende Arylbromid und die entsprechende Arylboronsäure in gewünschten stöchiometrischen Verhältnis sowie Na₂CO₃ (2,5 mmol pro mmol Boronsäure) und Pd(PPh₃)₄ (0,02 mmol pro mmol Arylbromid) in Toluol (10 mL pro mmol Arylbromid) suspendiert. Nach Zugabe von absolutem EtOH (0,3 mL pro mmol Arylbromid) und entgastem Wasser (0,3 mL pro mmol Arylbromid) wird das Gemisch 4–12 h auf 90 °C erhitzt. Nach Abkühlen auf RT werden dem Gemisch gleiche Volumen Wasser und Ethylacetat zugesetzt und die Phasen getrennt. Die wässrige Phase wird 3x mit Ethylacetat extrahiert und die organischen Phasen vereinigt. Die organische Phase wird mit gesättigter NaCl-Lösung gewaschen, über MgSO4 getrocknet und filtriert. Unter vermindertem Druck wird das Lösungsmittel entfernt und der Rückstand durch Umkristallisation oder per MPLC gereinigt.
AAV4: Einführung von Cyanogruppen
Unter Schutzgasatmosphäre werden das entsprechende Arylbromid oder -iodid und CuCN im gewünschten stöchiometrischen Verhältnis (1,25 mmol CuCN pro mmol zu substituierendem Halogenidatom) in absolutem DMF suspendiert. Das Gemisch wird bis zur vollständigen Umsetzung auf 150 °C erhitzt. Nach Abkühlen auf RT werden durch Zugabe von Dichlormethan die enthaltenen Kupfersalze ausgefällt und anschließend abfiltriert. Das Filtrat wird unter vermindertem Druck vom Lösungsmittel befreit und der Rückstand durch Umkristallisation oder per MPLC gereinigt.
Beispielsynthesen: (Molekülstrukturen siehe auch Tabelle 7)
Verbindung 1:
Verbindungen 2, 5, 6 werden in analoger Weise hergestellt.
Verbindung 4:
Verbindung 3, 7, 8, 9 werden in analoger Weise hergestellt.
Molekülbeispiel:
Verbindung 10:
In einem Zweihalskolben (100 mL) mit Rückflusskühler wurden Indolo[2,3]carbazole (1,00 Äquiv., 3,90 mmol) und Natriumhydrid (2,60 Äquiv, 10.10 mmol) unter Schutzgas vorgelegt und in absolutem DMF (30 mL) gelöst. Anschließend wurde die Reaktionsmischung für 1 Stunde bei Raumtemperatur gerührt. Unter Schutzgas wurde 2-Fluor-6-methyl-benzonitril (2,00 Äquiv., 7,80 mmol) in absolutem DMF gelöst (10 ml) und zur ersten Reaktionsmischung gegeben. Die Reaktion wurde über Nacht bei Raumtemperatur und anschließend bei 50 °C für 1 Stunde gerührt. Nach vollständigem Reaktionsumsatz wurde die Reaktionsmischung auf 250 mL Eis gegeben, der ausfallende Feststoff abfiltriert und mit Wasser gewaschen. Das so erhaltene Rohprodukt wurde in heißem Ethanol gerührt und abfiltriert, und das Lösungsmittel des Filtrats im Vakuum entfernt. Das Rohprodukt wurde durch Umkristallisation aus Toluol in einer Ausbeute von 13% (0,43 mmol) erhalten.
Photophysikalische Messungen
Vorbehandlung von optischen Gläsern
Alle Gläser (Küvetten und Substrate aus Quarzglas, Durchmesser: 1cm) wurden nach jeder Benutzung gereinigt: Je dreimaliges Spülen mit Dichlormethan, Aceton, Ethanol, demineralisiertem Wasser, Einlegen in 5% Hellmanex-Lösung für 24h, gründliches Ausspülen mit demineralisiertem Wasser. Zum Trocknen wurden die optischen Gläser mit Stickstoff abgeblasen.
Probenvorbereitung, Film: Spin-Coating (Gerät: Spin150, SPS euro.)
Die Probenkonzentration entsprach 10mg/ml, angesetzt in Toluol oder Chlorbenzol.
Die Konzentration des optisch neutralen Hostpolymers PMMA (Polymethylmethacrylat) entsprach 10 mg/mL, angesetzt in Toluol oder Chlorbenzol.
Die Filmpräparation erfolgte aus einem Gemisch der PMMA-Lösung und der Probenlösung im volumetrischen Verhältnis 90:10.
Programm: 1) 3 s bei 400 U/min; 2) 20 Sek. bei 1000 U/min bei 1000 Upm/ s. 3) 10s bei 4000 U/min bei 1000 Upm/ s. Die Filme wurden nach dem Beschichten für 1 min bei 70 °C an Luft auf einer Präzisionsheizplatte von LHG getrocknet.
Absorptionsspektroskopie

Lösungen: UV-VIS-Spektren wurden auf einem Gerät der Firma Thermo Scientific, Modell Evolution 201 aufgenommen. (Siehe Probenvorbereitung: Lösungen)
Film: UV-VIS-Spektren wurden auf einem Gerät der Firma Thermo Scientific, Modell Evolution 201 aufgenommen. (Siehe Probenvorbereitung, Film: Spin-Coating)

Photolumineszenzspektroskopie und TCSPC
Steady-state Emissionsspektroskopie wurde mit einem Fluoreszenzspektrometer der Firma Horiba Scientific, Modell FluoroMax-4 durchgeführt, ausgestattet mit einer 150 W Xenon-Arc Lampe, Anregungs- und Emissionsmonochromatoren und einer Hamamatsu R928 Photomultiplier-Röhre, sowie einer TCSPC-Option. Emissions- und Anregungsspektren wurden korrigiert durch Standardkorrekturkurven.
Die Emissionsabklingzeiten wurden ebenfalls auf diesem System gemessen unter Verwendung der TCSPC-Methode mit dem FM-2013 Zubehör und einem TCSPC-Hub von Horiba Yvon Jobin. Anregungsquellen: NanoLED 370 (Wellenlänge: 371 nm, Pulsdauer: 1.1 ns), NanoLED 290 (Wellenlänge: 294 nm, Pulsdauer: < 1 ns), SpectraLED 310 (Wellenlänge: 314nm), SpectraLED 355 (Wellenlänge: 355nm).
Die Auswertung (exponentielles Fitten) erfolgte mit dem Softwarepaket DataStation und der DAS 6 Auswertungssoftware. Der Fit wurde über die Chi-Quadrat-Methode angegeben
mit e_i: Durch den Fit vorhergesagte Größe und o_i: Gemessenen Größe.
Quanteneffizienzbestimmung
Die Messung der Photolumineszenzquantenausbeute (PLQY) erfolgte mittels eines Absolute PL Quantum Yield Measurement C9920-03G-Systems der Firma Hamamatsu Photonics. Dieses besteht aus einer 150 W Xenon-Gasentladungslampe, automatisch justierbaren Czerny-Turner Monochromatoren (250–950 nm) und einer Ulbricht-Kugel mit hochreflektierender Spektralon-Beschichtung (einem Teflon-Derivat), die über ein Glasfaserkabel mit einem PMA-12 Vielkanaldetektor mit BT-(back thinned-)CCD-Chip mit 1024×122 Pixeln (Größe 24×24 µm) verbunden ist. Die Auswertung der Quanteneffizienz und der CIE-Koordinaten erfolgte mit Hilfe der Software U6039-05 Version 3.6.0
Für G9920-OXG (PMA-12). Das Emissionsmaximum wird in nm, die Quantenausbeute Φ in % und die CIE-Farbkoordinaten als x,y-Werte angegeben.
PLQY wurde für Polymerfilme, Lösungen und Pulverproben nach folgendem Protokoll bestimmt:

1) Durchführung der Qualitätssicherung: Als Referenzmaterial dient Anthracene in Ethanol mit bekannter Konzentration.
2) Ermitteln der Anregungswellenlänge: Es wurde zuerst das Absorbtionsmaximum des organischen Moleküls bestimmt und mit diesem angeregt.
3) Durchführung der Probenmessung: Es wurde von entgasten Lösungen und Filmen unter Stickstoff-Atmosphäre die absolute Quantenausbeute bestimmt. Die Berechnung erfolgte systemintern nach folgender Gleichung:
mit der Photonenzahl n_photon und der Intensität Int.

Photophysikalische Parameter
Sämtliche hier aufgeführten Messungen wurden nach den oben beschriebenen Prozeduren durchgeführt. In Tabelle 8 bedeuten λ_EX Anregungswellenlänge, λ_EM Emissionswellenlänge, PLQY Photolumineszenzquantenausbeute. Tabelle 8: Photophysikalische Parameter ausgesuchter Verbindungen:
Figuren
Es zeigen
1: Schematische Darstellung des Aufbaus einer organischen lichtemittierenden Diode (OLED).
2: Schematische Darstellung des Energieniveaudiagrammes (relative Energie in eV) eines erfindungsgemäßen Moleküls, aufweisend einen Separator (Lichtemission resultiert aus dem Übergang LUMO AF1 hin zu HOMO AF2).
3: Schematische Darstellung des Energieniveaudiagrammes (relative Energie in eV) eines erfindungsgemäßen Moleküls, aufweisend keinen Separator (Lichtemission resultiert aus dem Übergang LUMO AF1 hin zu HOMO AF2).
4: Grenzorbitale HOMO (links) und LUMO (rechts) der Verbindung 4 als beispielhaftes Molekül für die Struktur (AF1)₂–AF2.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

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Claims

Organisches Molekül, aufweisend eine Struktur der Formel 1;
Formel 1 wobei gilt: m ist 0 oder 1; n ist 1 oder 2; o ist 1 oder 2; n + o ist 2, 3 oder 4; AF: Chemische Einheit, wobei im Gesamtmolekül mindestens eine chemische Einheit AF1 und mindestens eine davon verschiedene chemische Einheit AF2 enthalten sind, wobei AF2 eine in Unterformel 1A gezeigte allgemeine Struktur aufweist und wobei AF1 eine in Unterformel 1B, 1C oder 1D gezeigte allgemeine Struktur aufweist; Separator (S) ist eine chemische Einheit, die AF1 und AF2 verknüpft
Unterformel 1A wobei in Unterformel 1A gilt: w ist CR**, N, oder eine direkte Bindung, wobei in den annelierten Ringen maximal je ein w eine direkte Bindung ist; X ist CR**₂, NR**, Sauerstoff, Schwefel oder eine direkte Bindung, wobei maximal zwei X gleichzeitig eine direkte Bindung sind, wobei diese nicht Bestandteil desselben Rings sind;
Unterformel 1B wobei in Unterformel 1B bedeutet: x ist 1, 2 oder 3; y ist 0, 1, 2, 3 oder 4. w ist 0, 1, oder 2;
Unterformel 1C wobei in Unterformel 1C bedeutet: s ist 0, 1 oder 2; u ist 0 oder 1; wobei für u = 0 und s ≠ 0 die Ringe anneliert sind; M ist CR**, N, CH=CH, CR**=CR**, oder eine direkte Bindung Q ist CR**, N, wobei nicht mehr als 3 N pro Ring, oder eine direkte Bindung, wobei maximal ein Q eine direkte Bindung ist, T ist Q, oder, wenn im T beinhaltenden Ring ein Q eine direkte Bindung ist, ist T gleich NH;
Unterformel 1D wobei in Unterformel 1D bedeutet: q ist 0 oder 1, wobei q gleich 0 bedeutet, dass keine Bindung zwischen den beiden (L)q-benachbarten Atomen vorliegt; r ist 0 oder 1; y ist 0, 1, 2, 3 oder 4; E ist CO oder SO₂; L ist CO, SO₂, CR**₂, HC=CH oder eine direkte Bindung; G ist CR** oder N, wobei für r = 1 die G, an welche die Einheiten E oder L oder A gebunden sind, gleich C sind. Z ist Alkyl, Aryl, CR**₂COR**, CR**₂CO(C₆H₄R**), COR** oder
wenn E = CO und q = 0; oder Z ist gleich
wenn E = CO oder SO₂ und q = 1 oder wenn E = SO₂ und q = 0 wobei g ist gleich CR** oder N; a ist C wenn q = 1, oder CH wenn q = 0; A ist C wenn q = 1, oder CH wenn q = 0; wobei die Anbindung an die Einheit E über C* erfolgt; und die Anbindung an die Einheit L oder A über a erfolgt; R** ist unabhängig ausgewählt aus entweder einem Rest R*, oder einer chemische Bindung an einen Separator S, oder einer chemischen Bindung an einen Rest AF, wobei im Molekül maximal vier AF vorhanden sind; wobei gilt: R* ist bei jedem Auftreten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Deuterium, Phenyl, Naphthyl, N(R²)₂, -CN, -NC, -SCN, -CF₃, -NO₂, C(=O)OH, C(=O)OR³, C(=O)N(R³)₂, C(=O)SR³, C(=S)SR³, Si(R⁴)₃, B(OR⁵)₂, B(N(R⁶)₂)₂, C(=O)R³, P(=O)(R⁷)₂, As(=O)(R⁷)₂, P(=S)(R⁷)₂, As(=S)(R⁷)₂, S(=O)R³, S=NR³, S(=O)NR³, S(=O)₂NR³, S(=O)₂R³, O-S(=O)₂R³, SF₅, eine lineare Alkyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 1 bis 40 C-Atomen oder eine lineare Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 2 bis 40 C-Atomen oder eine verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 3 bis 40 C-Atomen, die jeweils mit einem oder mehreren Resten R⁹ substituiert sein kann, wobei eine oder mehrere benachbarte CH₂-Gruppen durch -R⁹C=CR⁹-, -C≡C-, oder eine benachbarte CH₂-Gruppe durch -Si(R⁴)₂-, -Ge(R⁴)₂-, -Sn(R⁴)₂, -C(=O)-, -C(=S)-, -C(=Se)-, -C=N-, -C(=O)O-, -C(=O)N(R³)-, -P(=O)(R⁷)-, -As(=O)(R⁷)-, -P(=S)(R⁷), -As(=S)(R⁷)-, -S(=O)-, -S(=O)₂-, -NR²-, -O-, oder -S- ersetzt sein können und wobei ein oder mehrere H-Atome durch Deuterium, F, Cl, Br, I, CN, CF₃ oder NO₂ ersetzt sein können, oder ein aromatisches oder heteroaromatisches Ringsystem mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, das jeweils durch einen oder mehrere Reste R² substituiert sein kann, oder eine Aryloxy- oder Heteroaryloxygruppe mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, die durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Diarylaminogruppe, Diheteroarylaminogruppe oder Arylheteroarylaminogruppe mit 10 bis 40 aromatischen Ringatomen, welche durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Kombination dieser Systeme; dabei können zwei oder mehrere dieser Substituenten R* auch miteinander ein aromatisches oder monozyklisches aliphatisches Ringsystem mit insgesamt fünf oder sechs Ringgliedern bilden; R² ist bei jedem Auftreten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Deuterium, Phenyl, Naphthyl, CF₃, C(=O)OR³, C(=O)N(R⁴)₂, Si(R⁴)₃, C(=O)R³, P(=O)(R⁷)₂, As(=O)(R⁷)₂ P(=S)(R⁷)₂, As(=S)(R⁷)₂, S(=O)R³, S(=O)₂R³, eine lineare Alkyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 1 bis 40 C-Atomen oder eine lineare Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 2 bis 40 C-Atomen oder eine verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 3 bis 40 C-Atomen, die jeweils mit einem oder mehreren Resten R⁹ substituiert sein kann, wobei eine oder mehrere benachbarte CH₂-Gruppen durch -R⁹C=CR⁹-, -C≡C-, oder eine benachbarte CH₂-Gruppe durch -Si(R³)₂-, -Ge(R⁴)₂-, -Sn(R⁴)₂, -C(=O)-, -C(=S)-, -C(=Se)-, -C=N-, -C(=O)O-, -C(=O)N(R³)-, -P(=O)(R⁷)-, -As(=O)(R⁷)-, -P(=S)(R⁷)-, -As(=S)(R⁷)-, -S(=O)-, -S(=O)₂-, -NR⁴-, -O-, oder -S- ersetzt sein können und wobei ein oder mehrere H-Atome durch Deuterium, F, Cl, Br, I, CN, CF₃ oder NO₂ ersetzt sein können, oder ein aromatisches oder heteroaromatisches Ringsystem mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, das jeweils durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Aryloxy- oder Heteroaryloxygruppe mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, die durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Diarylaminogruppe, Diheteroarylaminogruppe oder Arylheteroarylaminogruppe mit 10 bis 40 aromatischen Ringatomen, welche durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Kombination dieser Systeme; dabei können zwei oder mehrere dieser Substituenten R² auch miteinander ein mono- oder polycyclisches, aliphatisches, aromatisches und/oder benzoannelliertes Ringsystem bilden; R³ ist bei jedem Auftreten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Deuterium, Phenyl, Naphthyl, CF₃ oder ein aliphatischer, aromatischer und/oder heteroaromatischer Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 C-Atomen, in dem auch ein oder mehrere H-Atome durch F oder CF₃ ersetzt sein können; dabei können zwei oder mehrere Substituenten R³ auch miteinander ein mono- oder polycyclisches, aliphatisches Ringsystem bilden; R⁴ ist bei jedem Auftreten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Deuterium, Phenyl, Naphthyl, N(R³)₂, CN, CF₃, OH, C(=O)OR³, C(=O)N(R³)₂, C(=O)R³, P(=O)(R⁷)₂, As(=O)(R⁷)₂, P(=S)(R⁷)₂, As(=S)(R⁷)₂, eine lineare Alkyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 1 bis 40 C-Atomen oder eine lineare Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 2 bis 40 C-Atomen oder eine verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 3 bis 40 C-Atomen, die jeweils mit einem oder mehreren Resten R⁹ substituiert sein kann, wobei eine oder mehrere benachbarte CH₂-Gruppen durch -R⁹C=CR⁹-, -C≡C-, oder eine benachbarte CH₂-Gruppe durch -Si(R³)₂-, -Ge(R³)₂-, -Sn(R³)₂, -C(=O)-, -C(=S)-, -C(=Se)-, -C=N-, -C(=O)O-, -C(=O)N(R³)-, -P(=O)(R⁷)-, -As(=O)(R⁷)-, -P(=S)(R⁷), -As(=S)(R⁷)-, -S(=O)-, -S(=O)₂-, -NR³-, -O-, oder -S- ersetzt sein können und wobei ein oder mehrere H-Atome durch Deuterium, F, Cl, Br, I, CN, CF₃ oder NO₂ ersetzt sein können, oder ein aromatisches oder heteroaromatisches Ringsystem mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, das jeweils durch einen oder mehrere Reste R⁸ substituiert sein kann, oder eine Aryloxy- oder Heteroaryloxygruppe mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, die durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Diarylaminogruppe, Diheteroarylaminogruppe oder Arylheteroarylaminogruppe mit 10 bis 40 aromatischen Ringatomen, welche durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Kombination dieser Systeme; dabei können zwei oder mehrere dieser Substituenten R⁴ auch miteinander ein mono- oder polycyclisches, aliphatisches, aromatisches und/oder benzoannelliertes Ringsystem bilden; R⁵ ist bei jedem Auftreten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Phenyl, Naphthyl, CF₃, C(=O)R³, P(=O)(R⁷)₂, As(=O)(R⁷)₂, eine lineare Alkyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 1 bis 40 C-Atomen oder eine lineare Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 2 bis 40 C-Atomen oder eine verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 3 bis 40 C-Atomen, die jeweils mit einem oder mehreren Resten R⁹ substituiert sein kann, wobei eine oder mehrere benachbarte CH₂-Gruppen durch -R⁹C=CR⁹-, -C≡C-, oder eine benachbarte CH₂-Gruppe durch -Si(R⁴)₂-, -Ge(R⁴)₂-, -Sn(R⁴)₂, -C(=O)-, -C(=S)-, -C(=Se)-, -C=N-, -C(=O)O-, -C(=O)N(R³)-, -P(=O)(R⁷)-, -As(=O)(R⁷)-, -P(=S)(R⁷)-, -As(=S)(R⁷)-, -S(=O)-, -S(=O)₂-, -NR³-, -O-, oder -S- ersetzt sein können und wobei ein oder mehrere H-Atome durch Deuterium, F, Cl, Br, I, CN, CF₃ oder NO₂ ersetzt sein können, oder ein aromatisches oder heteroaromatisches Ringsystem mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, das jeweils durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Aryloxy- oder Heteroaryloxygruppe mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, die durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Diarylaminogruppe, Diheteroarylaminogruppe oder Arylheteroarylaminogruppe mit 10 bis 40 aromatischen Ringatomen, welche durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Kombination dieser Systeme; dabei können zwei oder mehrere dieser Substituenten R⁵ auch miteinander ein mono- oder polycyclisches, aliphatisches, aromatisches und/oder benzoannelliertes Ringsystem bilden; R⁶ ist bei jedem Auftreten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Phenyl, Naphthyl, CF₃, Si(R⁴)₃, C(=O)R³, P(=O)(R⁷)₂, eine lineare Alkyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 1 bis 40 C-Atomen oder eine lineare Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 2 bis 40 C-Atomen oder eine verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 3 bis 40 C-Atomen, die jeweils mit einem oder mehreren Resten R⁹ substituiert sein kann, wobei eine oder mehrere benachbarte CH₂-Gruppen durch -R⁹C=CR⁹-, -C≡C-, oder eine benachbarte CH₂-Gruppe durch-Si(R⁴)₂-, -Ge(R⁴)₂-, -Sn(R⁴)₂, -C(=O)-, -C(=S)-, -C(=Se)-, -C=N-, -C(=O)O-, -C(=O)N(R³)-, -P(=O)(R⁷)-, -As(=O)(R⁷)-, -P(=S)(R⁷), -As(=S)(R⁷)-, -S(=O)-, -S(=O)₂-, -NR²-, -O-, oder -S- ersetzt sein können und wobei ein oder mehrere H-Atome durch Deuterium, F, Cl, Br, I, CN, CF₃ oder NO₂ ersetzt sein können, oder ein aromatisches oder heteroaromatisches Ringsystem mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, das jeweils durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Aryloxy- oder Heteroaryloxygruppe mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, die durch einen oder mehrere Reste R* substituiert sein kann, oder eine Diarylaminogruppe, Diheteroarylaminogruppe oder Arylheteroarylaminogruppe mit 10 bis 40 aromatischen Ringatomen, welche durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Kombination dieser Systeme; dabei können zwei oder mehrere dieser Substituenten R⁶ auch miteinander ein mono- oder polycyclisches, aliphatisches, aromatisches und/oder benzoannelliertes Ringsystem bilden; R⁷ ist bei jedem Auftreten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus, Phenyl, Naphthyl, N(R³)₂, CN, CF₃, C(=O)OR³, C(=O)N(R³)₂, Si(R³)₃, C(=O)R³, eine lineare Alkyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 1 bis 40 C-Atomen oder eine lineare Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 2 bis 40 C-Atomen oder eine verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 3 bis 40 C-Atomen, die jeweils mit einem oder mehreren Resten R⁹ substituiert sein kann, wobei eine oder mehrere benachbarte CH₂-Gruppen durch -R⁹C=CR⁹-, -C≡C-, oder eine benachbarte CH₂-Gruppe durch -Si(R³)₂-, -Ge(R³)₂-, -Sn(R³)₂, -C(=O)-, -C(=S)-, -C(=Se)-, -C=N-, -C(=O)O-, -C(=O)N(R³)-, -P(=O)(R³)-, -As(=O)(R³)-, -P(=S)(R³), -As(=S)(R³)-, -S(=O)-, -S(=O)₂-, -NR³-, -O-, oder -S- ersetzt sein können und wobei ein oder mehrere H-Atome durch Deuterium, F, Cl, Br, I, CN, CF₃ oder NO₂ ersetzt sein können, oder ein aromatisches oder heteroaromatisches Ringsystem mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, das jeweils durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Aryloxy- oder Heteroaryloxygruppe mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, die durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Diarylaminogruppe, Diheteroarylaminogruppe oder Arylheteroarylaminogruppe mit 10 bis 40 aromatischen Ringatomen, welche durch einen oder mehrere Reste R³ substituiert sein kann, oder eine Kombination dieser Systeme; dabei können zwei oder mehrere dieser Substituenten R⁷ auch miteinander ein mono- oder polycyclisches, aliphatisches, aromatisches und/oder benzoannelliertes Ringsystem bilden; R⁸ ist bei jedem Auftreten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Deuterium, Phenyl, Naphthyl, F, CF₃ oder ein aliphatischer, aromatischer und/oder heteroaromatischer Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 C-Atomen, in dem auch ein oder mehrere H-Atome durch F oder CF₃ ersetzt sein können; dabei können zwei oder mehrere Substituenten R⁸ auch miteinander ein mono- oder polycyclisches, aliphatisches Ringsystem bilden; R⁹ ist bei jedem Auftreten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Deuterium, Phenyl, Naphthyl, N(R³)₂, CN, CF₃, NO₂, OH, COOH, C(=O)OR³, C(=O)N(R³)₂, Si(R³)₃, B(OR³)₂, C(=O)R³, P(=O)(R³)₂, P(=S)(R³)₂, As(=O)(R³)₂, P(=S)(R³)₂, S(=O)R³, S(=O)₂R³, OSO₂R³, eine lineare Alkyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 1 bis 40 C-Atomen oder eine lineare Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 2 bis 40 C-Atomen oder eine verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 3 bis 40 C-Atomen, die jeweils mit einem oder mehreren Resten R⁸ substituiert sein kann, wobei eine oder mehrere nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -R³C=CR³-, -C≡C-, oder eine benachbarte CH₂-Gruppe durch -Si(R³)₂-, -Ge(R³)₂-, -Sn(R³)₂, -C(=O)-, -C(=S)-, -C(=Se)-, -C=N-, -C(=O)O-, -C(=O)N(R³)-, -P(=O)(R³)-, -As(=O)(R³)-, -P(=S)(R³), -As(=S)(R³)-, -S(=O)-, -S(=O)₂-, -NR³-, -O-, oder -S- ersetzt sein können und wobei ein oder mehrere H-Atome durch Deuterium, F, Cl, Br, I, CN, CF₃ oder NO₂ ersetzt sein können, oder ein aromatisches oder heteroaromatisches Ringsystem mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, das jeweils durch einen oder mehrere Reste R⁸ substituiert sein kann, oder eine Aryloxy- oder Heteroaryloxygruppe mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, die durch einen oder mehrere Reste R³ substituiert sein kann, oder eine Diarylaminogruppe, Diheteroarylaminogruppe oder Arylheteroarylaminogruppe mit 10 bis 40 aromatischen Ringatomen, welche durch einen oder mehrere Reste R⁸ substituiert sein kann, oder eine Kombination dieser Systeme; dabei können zwei oder mehrere dieser Substituenten R⁹ auch miteinander ein mono- oder polycyclisches, aliphatisches, aromatisches und/oder benzoannelliertes Ringsystem bilden; wobei außerdem gilt: NH₂- und NH-Gruppen der diesen Molekülen zu Grunde liegenden chemischen Einheiten AF sind insbesondere durch N(R**)₂ oder NR** ersetzt, wobei die Gesamtzahl der enthaltenen chemischen Einheiten AF maximal vier beträgt.
Organisches Molekül nach Anspruch 1, wobei mindestens eine AF2 eine Struktur der Formel 2A1–2A5 aufweist;
wobei in Formel 2A1–2A5 gilt: X ist C(R**)₂, NR**, Sauerstoff, Schwefel; und AF1 eine Struktur der Formel 2B1–2B5 oder der Formel 2C1–2C15 oder der Formel 2D1–2D14 aufweist:

wobei in Formel 2B1–2B5 und 2C1–2C15 gilt: y ist 0, 1, 2, 3 oder 4;

wobei in Formel 2D1–2D14 bedeutet: L ist CO, SO₂, CR**₂, HC=CH oder eine direkte Bindung G ist CR** oder N; y ist 0, 1, 2, 3 oder 4; R** ist entweder ein Rest R*, oder eine chemische Bindung an einen Separator S, oder eine chemische Bindung an einen Rest AF; wobei im Molekül maximal vier AF vorhanden sind; und wobei R* wie in Anspruch 1 definiert ist.
Organisches Molekül nach Anspruch 1 bis 2, wobei der Separator S ausgewählt ist aus den folgenden Strukturen S1 bis S11:
wobei die chemischen Einheiten AF kovalent an die mit # gekennzeichneten Positionen des Separators angebunden sind.
Organisches Molekül nach Anspruch 1 bis 3, aufweisend genau eine chemische Einheit AF1, ausgewählt aus Tabelle 1, und genau eine chemische Einheit AF2, ausgewählt aus Tabelle 2.
Organisches Molekül nach Anspruch 1, 2 oder 4, wobei kein Separator S enthalten ist und wobei die erfindungsgemäßen Moleküle optional an mindestens einer der kovalenten Bindung zwischen AF1 und AF2 benachbarten Position einen Rest R** aufweisen, wobei gilt: R** ist entweder ein Rest AF, oder ein Rest R*, wobei R* wie in Anspruch 1 definiert ist; wobei die Reste R* insbesondere gleich Methyl, Ethyl, iso-Propyl, tert-Butyl, Phenyl sind.
Organisches Molekül nach Anspruch 1 bis 5, wobei das organische Molekül an mindestens einer chemisch substituierbaren Position mindestens einen weiteren Rest R aufweist, wobei gilt: R ist bei jedem Auftreten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Deuterium, Phenyl, Naphthyl, F, Cl, Br, I, N(R²)₂, -CN, -NC, -SCN, -CF₃, -NO₂, -OH, C(=O)OH, C(=O)OR³, C(=O)N(R³)₂, C(=O)SR³, C(=S)SR³, Si(R⁴)₃, B(OR⁵)₂, B(N(R⁶)₂)₂, C(=O)R³, P(=O)(R⁷)₂, As(=O)(R⁷)₂, P(=S)(R⁷)₂, As(=S)(R⁷)₂, S(=O)R³, S=NR³, S(=O)NR³, S(=O)₂NR³, S(=O)₂R³, O-S(=O)₂R³, SF₅, eine lineare Alkyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 1 bis 40 C-Atomen oder eine lineare Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 2 bis 40 C-Atomen oder eine verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 3 bis 40 C-Atomen, die jeweils mit einem oder mehreren Resten R⁹ substituiert sein kann, wobei eine oder mehrere benachbarte CH₂-Gruppen durch -R⁹C=CR⁹-, -C≡C-, oder eine benachbarte CH₂-Gruppe durch -Si(R⁴)₂-, -Ge(R⁴)₂-, -Sn(R⁴)₂, -C(=O)-, -C(=S)-, -C(=Se)-, -C=N-, -C(=O)O-, -C(=O)N(R³)-, -P(=O)(R⁷)-, -As(=O)(R⁷)-, -P(=S)(R⁷)-, -As(=S)(R⁷)-, -S(=O)-, -S(=O)₂-, -NR²-, -O-, oder -S- ersetzt sein können und wobei ein oder mehrere H-Atome durch Deuterium, F, Cl, Br, I, CN, CF₃ oder NO₂ ersetzt sein können, oder ein aromatisches oder heteroaromatisches Ringsystem mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, das jeweils durch einen oder mehrere Reste R² substituiert sein kann, oder eine Aryloxy- oder Heteroaryloxygruppe mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, die durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Diarylaminogruppe, Diheteroarylaminogruppe oder Arylheteroarylaminogruppe mit 10 bis 40 aromatischen Ringatomen, welche durch einen oder mehrere Reste R⁹ substituiert sein kann, oder eine Kombination dieser Systeme; dabei können zwei oder mehrere dieser Substituenten R auch miteinander ein aromatisches oder monozyklisches aliphatisches Ringsystem mit insgesamt fünf oder sechs Ringgliedern bilden; wobei R² bis R⁹ definiert sind wie in Anspruch 1; und wobei für polymerisierbare Reste gilt: polymerisierbare Reste sind solche Reste, die polymerisierbare funktionelle Einheiten tragen, die mit sich selbst homopolymerisiert oder mit anderen Monomeren copolymiersiert werden können, wodurch das organische Molekül als Polymer mit Wiederholungseinheiten nach den Formeln 3 und/oder 4 erhalten werden
mit gewellte Linie = Position, über die die Linkergruppe L¹ oder L² an das organische Molekül gebunden ist; L¹ und L² = gleiche oder verschiedene Linkergruppen, aufweisend zwischen 0 bis 20, Kohlenstoffatome; oder aufweisend eine Form -C(=O)O; und wobei insbesondere L¹ und L² = –X – L³ mit X = O oder S; L³ = eine weitere Linkergruppe ausgewählt aus der Gruppe aus einer substituierten und unsubstituierten Alkylengruppe (linear, verzweigt oder cyclisch) und einer substituierten und unsubstituierten Arylengruppe, wobei auch Kombinationen möglich sind.
Verwendung eines organischen Moleküls nach Anspruch 1 bis 6 als lumineszierender Emitter und/oder als Hostmaterial und/oder als Elektronentransportmaterial und/oder als Lochinjektionsmaterial und/oder als Lochblockiermaterial in einem optoelektronischen Bauelement.
Verwendung nach Anspruch 7, wobei das optoelektronische Bauelement ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: • organischen lichtemittierenden Dioden (OLEDs), • Licht-emittierenden elektrochemischen Zellen, • OLED-Sensoren, insbesondere in nicht hermetisch nach außen abgeschirmten Gas- und Dampf-Sensoren, • organischen Dioden • organischen Solarzellen, • organischer Transistor • organischen Feldeffekttransistoren, • organischen Lasern und • Down-Konversions-Elementen.
Verwendung nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Anteil des organischen Moleküls an der Emissionsschicht 1 % bis 99 % beträgt.
Verwendung nach Anspruch 7 bis 9, wobei das organische Molekül als Emitter in dem optoelektronischen Bauelement, insbesondere in Form einer OLED, in einer Konzentration zwischen 5 % und 80 % vorliegt.
Optoelektronisches Bauelement, aufweisend ein organisches Molekül nach Anspruch 1 bis 6, insbesondere ausgeformt als ein Bauelement ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus organischer lichtemittierender Diode (OLED), Licht-emittierender elektrochemischer Zelle, OLED-Sensor, insbesondere in nicht hermetisch nach außen abgeschirmten Gas- und Dampf-Sensoren, organischer Diode, organischer Solarzelle, organischem Transistor, organischem Feldeffekttransistor, organischem Laser und Down-Konversion-Element.
Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 11, aufweisend – ein Substrat, – eine Anode und – eine Kathode, wobei die Anode und die Kathode auf das Substrat aufgebracht sind, und – mindestens eine lichtemittierende Schicht, die zwischen Anode und Kathode angeordnet ist und die ein organisches Molekül nach Anspruch 1 bis 6 enthält.
Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 12, in dem die lichtemittierende Schicht mindestens ein Hostmaterial aufweist, wobei der angeregte Singulettzustand (S₁) und/oder der angeregte Triplettzustand (T₁) des mindestens einen Hostmaterials höher ist als der angeregte Singulettzustand (S₁) und/oder der angeregte Triplettzustand (T₁) des organischen Moleküls nach Anspruch 1 bis 6.
Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 11 bis 13, aufweisend mindestens ein Hostmaterial bestehend aus einem Material gemäß Anspruch 1 bis 6.
Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 11 bis 14, wobei die lichtemittierende Schicht fluoreszente oder phosphoreszente Materialien beinhaltet und wobei es sich bei den Materialien der lichtemittierenden Schicht um organische Moleküle nach Anspruch 1 bis 6 handelt.
Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 15, in dem ein organisches Molekül gemäß Anspruch 1 bis 6 zusammen mit einem funktionellen Material einen Exciplex bilden.
Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 12 bis 16, wobei die Emission durch thermisch aktivierte verzögerte Fluoreszenz (TADF) charakterisiert ist.
Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 12 bis 17, in dem ein organisches Molekül nach Anspruch 1 bis 6 als Ladungstransportschicht verwendet wird.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements, wobei ein organisches Molekül nach Anspruch 1 bis 6 verwendet wird, wobei die Verarbeitung des organischen Moleküls insbesondere mittels eines Vakuumverdampfungsverfahrens oder aus einer Lösung erfolgt.