In the past years, enormous progress has been achieved in the development of materials for OLED application. The development of more efficient, less energy consuming, and durable devices is of high importance for the progress and sustainability in electronics.
In this thesis, the synthesis of novel red and green triplet matrix materials (TMM’s) is described, and structure-property relationships ...
Abstract (English)
In the past years, enormous progress has been achieved in the development of materials for OLED application. The development of more efficient, less energy consuming, and durable devices is of high importance for the progress and sustainability in electronics.
In this thesis, the synthesis of novel red and green triplet matrix materials (TMM’s) is described, and structure-property relationships are investigated by the systematic exchange of electron and hole conducting and linking subunits. In this context, a variety of differently constituted heteroaromatic trisubstituted benzofuropyrimidine/triphenyltriazine and carbazole derivatives were designed, synthesized, and tested. The influence of the triplet and HOMO/LUMO energy level and structure were evaluated regarding the lifetime, efficiency, and driving voltage.
The first part of this work focuses on theoretical pre-evaluations by DFT, which led to the hypothesis, that benzofuropyrimidine is an attractive alternative to triphenyltriazine.
The second part of this work focuses on the synthesis of heteroaromatic building blocks based on benzofuropyrimidine/triphenyltriazine and benzocarbazoles. Here, the selective benzocarbazole formation was investigated. Furthermore, the synthesis of a trisubstituted benzofuropyrimidine building block was established. The third part of this thesis focuses on the coupling of the above-mentioned synthesized building blocks to give red and green TMM’s respectively.
The fourth part of this thesis deals with the evaluation of the synthesized molecules by electrochemical, thermal and photophysical experiments (CV, DSC, UV/Vis and fluorescence spectroscopy) as well as their performance in OLED stacks (EQE, lifetime and driving voltage). Interestingly, [c]-annulated and [b]-annulated benzocarbazole regioisomeric materials showed significant differences in their properties. The studies for green TMM’s showed, that benzofuropyrimidine in the electron accepting unit improves the lifetime compared to triazines, linking units improve voltage. Efficiency is good for all synthesized TMM’s. For red TMM’s, triazines provide better results in terms of efficiency and voltage.
In the last part of this work, a photo-redox catalytic cyanoarene-nickel system was tested for the synthesis of TMM precursors. The electrophiles were identified to be the main limiting factor as its electronics as well as sterics can influence the outcome of the C-N coupling. Steric hinderance of naphthyl electrophiles provided low yields, while phenyl electrophiles showed good coupling outcomes. Electron-poor electrophiles reacted better than electron-rich electrophiles.
The developed methodologies broaden the toolbox for the synthesis of TMM’s or precursors. The investigated structure-property relationships will further help develop and optimize properties of TMM’s.
Translation of the abstract (German)
In den vergangenen Jahren wurden enorme Erfolge in der Entwicklung von OLED-Materialen erzielt. Die Entwicklung von effizienteren, energiesparenderen und beständigeren Geräten ist wichtig für den Fortschritt und die Nachhaltigkeit im Bereich der Elektronik.
In dieser Arbeit werden die Synthesen von roten und grünen Triplet-Matrix-Materialen (TMM’s) beschrieben und ...
Translation of the abstract (German)
In den vergangenen Jahren wurden enorme Erfolge in der Entwicklung von OLED-Materialen erzielt. Die Entwicklung von effizienteren, energiesparenderen und beständigeren Geräten ist wichtig für den Fortschritt und die Nachhaltigkeit im Bereich der Elektronik.
In dieser Arbeit werden die Synthesen von roten und grünen Triplet-Matrix-Materialen (TMM’s) beschrieben und Struktur-Eigenschaften-Beziehungen durch den systematischen Austausch von elektronen- und lochleitenden sowie Linkern untersucht. In diesem Zusammenhang wurden eine Auswahl an unterschiedlich konstituierten trisubstituierten Benzofuropyrimidin/Triphenyltriazin- und Benzocarbazol-enthaltenen Molekülen entworfen und synthetisiert. Der Einfluss der Triplett-Energie und der HOMO/LUMO-Energieniveaus und der Struktur in Bezug auf die Lebensdauer, Effizienz und Spannung wurde evaluiert.
Der erste Teil dieser Arbeit befasst sich mit DFT-Voruntersuchungen, welche zu der Hypothese führen, dass Benzofuropyrimidine attraktive Alternativen zu Triphenyltriazinen sind.
Der zweite Teil befasst sich mit der Synthese von heteroaromatischen Bausteinen, die auf Benzofuropyrimidinen/Triazinen und Benzocarbazolen basieren. Hier wurde die selektive Entstehung von Benzocarbazolen untersucht und eine Synthese zu Benzofuropyrimidin-Bausteinen eingeführt. Der dritte Teil fokussiert sich auf die Kopplung dieser Bausteine.
Der vierte Teil befasst sich mit der Evaluierung der synthetisierten Moleküle mithilfe von elektrochemischen, thermischen und photophysikalischen Experimenten (CV, DSC, UV/Vis und Fluoreszenz-Spektroskopie) und ihrer Perfomance in OLED-Geräten (EQE, Lebensdauer und Spannung). [c]- und [b]-annulierte regioisomere Benzocarbazol-Materialien zeigten interessanterweise unterschiedliche Eigenschaften. Die Studien für grüne TMM‘s zeigten, dass Benzofuropyrimidine als Elektronenakzeptor-Einheit die Lebensdauer verbessern, verglichen zu Triazinen, wobei Linker die Spannung verbessern. Die Effizienz aller synthetisierter Strukturen ist als gut zu bewerten. In roten TMM’s zeigten Triazine die besten Ergebnisse bzgl. Effizienz und Spannung.
In dem letzten Teil dieser Arbeit wurde ein photoredox-katalytisches Cyanoaren-Nickel-System für die Synthese von TMM-Vorstufen getestet. Das Elektrophil stellte sich als der hauptlimitierende Faktor heraus, da dessen Elektronik und Sterik die Effizienz von C-N-Kopplungen beeinflusst. Sterische Hinderung in Naphthyl-Elektrophilen ergaben geringe Kopplungs-Ausbeuten, wohingegen Phenyl-Elektrophile hohe Kopplungs-Effizienzen zeigten. Elektronenarme Elektrophile mit elektronenziehenden Substituenten zeigten höhere Kopplungseffizienzen als elektronenreiche Elektrophile.
Die entwickelten Methoden erweitern die Werkzeugbox für die Synthese von OLED-Materialien oder Vorstufen und die erforschten Struktur-Eigenschaft-Beziehung werden dabei helfen Eigenschaften von TMM‘s zu optimieren.
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