Article de référence | Réf : IN304 v1

Voie de synthèse générale aux 4-SBF
Dérivés du 4-spirobifluorène - Une nouvelle famille de matrices hôtes pour des PhOLED

Auteur(s) : Cyril PORIEL, Joëlle RAULT-BERTHELOT

Date de publication : 10 août 2017

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RÉSUMÉ

Cet article a pour objectif de faire un état des lieux exhaustif d’une nouvelle famille de semi-conducteurs organiques dérivés du 9,9’-spirobifluorène (SBF), substitués en positon 4 (4-SBF) possédant un fort potentiel en tant que matrices hôtes dans des diodes électroluminescentes organiques phosphorescentes (PhOLED). Cet article couvrira plusieurs aspects: après une approche générale sur la stratégie de synthèse des molécules 4-SBF, il donnera une analyse détaillée et comparative de l'ensemble des propriétés (optiques, électrochimiques et thermiques) et mettra en exergue les applications des dérivés 4-SBF en tant que matrice hôte dans des PhOLED.

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ABSTRACT

4-Spirobifluorene derivatives - A new family of host materials for PhOLEDs

This article presents a detailed survey of a new family of organic semi-conductors derived from 9,9’-spirobifluorene (SBF) substituted in position 4 (4-SBF) possessing a strong potential as a host material in phosphorescent organic light-emitting diodes (PhOLEDs). This article covers several aspects: after a general approach to synthesis strategies, it gives a detailed analysis and comparison of properties (optical, electrochemical and thermal), and highlights the use of 4-SBF derivatives as host matrices in PhOLEDs.

Auteur(s)

  • Cyril PORIEL : Docteur de l’université de Rennes 1 CR1 CNRS, UMR CNRS 6226, Institut des Sciences Chimiques de Rennes

  • Joëlle RAULT-BERTHELOT : Docteur d’État en chimie DR2 CNRS, UMR CNRS 6226, Institut des Sciences Chimiques de Rennes

INTRODUCTION

Depuis 1970, le marché de l’éclairage a connu deux grandes évolutions : les ampoules fluorescentes et les diodes électroluminescentes (LED). Dès 1980, des composés organiques ont été intégrés comme couche active dans des OLED ( Organic Light-Emitting Diode ). Les performances d’une OLED sont plafonnées à 25 % de conversion d’énergie électrique en énergie lumineuse, ce qui est insuffisant pour de l’éclairage haute performance. Une voie d’amélioration des performances des OLED a été d’utiliser des molécules phosphorescentes comme dopant d’une couche organique conduisant aux diodes organiques phosphorescentes (PhOLED). Les performances des PhOLED sont liées au choix du couple matrice organique/dopant phosphorescent. Les conditions d’un bon transfert énergétique de la matrice vers le dopant impliquent que les niveaux d’énergie des états singulets et triplets de la matrice soient adaptés à ceux du dopant, la couleur émise par la PhOLED étant directement liée au niveau triplet du dopant. Si les matériaux hôtes adaptés aux dopants rouge ou vert sont relativement courants aujourd’hui et conduisent à des PhOLED de bonnes performances, les matériaux hôtes adaptés aux dopants bleus sont beaucoup plus rares car ils doivent posséder un large écart énergétique HOMO-LUMO et un état triplet supérieur à 2,8 eV. La recherche de matrices faiblement conjuguées est donc encore un sujet majeur de recherche dans le domaine des PhOLED. Les stratégies utilisées pour restreindre la conjugaison d’un matériau semi-conducteur organique sont variées et des ruptures de conjugaisons par « encombrement stérique » ont été décrites. Cette dernière stratégie est utilisée avec les dérivés du spirobifluorène (SBF) substitués en position ortho (sur le carbone C4) et la littérature commence à présenter des performances de dispositifs PhOLED intéressantes en utilisant les 4-SBF comme matrice hôte de PhOLED bleues. C’est dans ce contexte que se situent les travaux présentés dans cet article.

Points clés

Domaine : Électronique organique, semi-conducteur organique

Degré de diffusion de la technologie : Émergence | Croissance | Maturité

Technologies impliquées : Diodes organiques phosphorescentes

Domaines d’application : Affichage/Éclairage

Principaux acteurs français :

Orgatech (LPICM, École polytechnique), Elorga (Bordeaux), plateforme OLED 200 mm (CEA-LETI Grenoble), plateforme Organique IEMN (Villeneuve d’Ascq), plateforme Électronique Plastique (XLIM Limoges)

Pôles de compétitivité : Minalogic, Tenerrdis

Centres de compétence : Groupement de recherche en électronique organique (GDR 3368)

Industriels :

Autres acteurs dans le monde : LG, Siemens+Osram, Philips, Sony+Panasonic, Mitsubishi Electric, Verbatim, Konica Minolta, LG Chem, Inteltronic, DuPont Display, General Electric, Holst center...

Contact : Cyril Poriel – Joëlle Rault-Berthelot, Groupe MaCSE, UMR CNRS 6226 Institut des Sciences Chimiques de Rennes, 35042, France

[email protected], [email protected]

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KEYWORDS

ortho-substituted SBF   |   Phosphorescent OLED   |   triplet state energy

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-in304


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2. Voie de synthèse générale aux 4-SBF

Tous les dérivés du 4-SBF présentés dans cet article sont synthétisés à partir du 4-bromo-9,9’-spirobifluorène (4-Br-SBF) ou de son dérivé pinacol borane (4-Pin-SBF) qui sont les plates-formes centrales des voies de synthèse (figure 2). 4-Br-SBF est obtenu en suivant deux voies d’accès présentées en figure 2, soit par couplage entre le 2,2’-dibromobiphényl 1 et la fluorénone 2 (voie A ), soit par couplage du 2-bromobiphényl 4 et la 4-bromo-fluorénone 5 (voie B ). Le rendement de formation du 4-Br-SBF à partir de 6 et 7 (voie B) est de 46 % alors que celui à partir de 1 et 2 (voie A) est de 83 %. La voie B présente toutefois l’avantage d’utiliser la 4-bromo-fluorénone 5 qui est un intermédiaire clé pour la préparation d’autres dérivés du 4-SBF.

Sans rentrer dans les détails de synthèse de chaque molécule présentée ci-dessous, la plupart ont été préparées par un couplage de Suzuki entre 4-Br-SBF (ou 4-Pin-SBF) et l’acide boronique (ou le dérivé bromé) du substituant d’intérêt de la molécule finale. Les synthèses du 4-Ph-SBF à partir du 4-Br-SBF et du 4-2Py-SBF à partir du 4-Pin-SBF sont présentées, à titre d’exemple, dans la figure 3 ; pour les autres molécules présentées dans le texte, le lecteur sera encouragé à lire les articles correspondants.

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) -   Les consommations d’éclairage en 2013/2014.  -  Réactualisation des chiffres de l’ADEME, Association Française de l’éclairage, 17, rue de l’Amiral Hamelin 75783, Paris (2013/2014).

  • (2) - ZISSIS (G.), DAMELINCOURT (J.-J.) -   *  -  Techniques de l’Ingénieur [IN 26] (2004).

  • (3) - ZISSIS (G.), DE LOGIVIERE (X.) -   *  -  Techniques de l’Ingénieur [IN 18] (2011).

  • (4) - SEBAIHI (N.), CORNIL (J.), VIVILLE (P.) -   *  -  Techniques de l’Ingénieur [IN 145] (2011).

  • (5) - DESTRUEL (P.), JOLINAT (P.) -   *  -  Techniques de l’Ingénieur [IN 25] (2004).

  • (6) - JOLINAT (P.) -   *  -  Techniques de l’Ingénieur [E 6 505] (2011).

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