JP2022521096A - 配向性冷光エミッタを有する結晶質フィルムおよび発光デバイス - Google Patents
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Abstract
Description
結晶質フレームワーク材
結晶質フレームワークへの冷光エミッタの付加
であり、式中、Eは冷光エミッタであり;各L1は独立して連結基であり、上式で各nは独立して0または1であり;Zは金属結合性官能基であり;mは1から4である。
のうちの1つであり、式中、
各nは独立して0または1であり;ならびに
各Arは、独立して、アリール、置換アリール、ヘテロアリール、置換ヘテロアリール、複素環、および置換複素環から選択される。
のうちの1つであり、式中、Eは冷光エミッタであり;Arは、アリール、置換アリール、ヘテロアリール、および置換ヘテロアリールから選択され;L2はペンダントリンカーであり;Zは金属結合性官能基である。Arは単環とすることも多環系とすることもできる。
であり、式中、M’は金属イオンであり;X1、X2、X3、X4、X5、およびX6はそれぞれ独立して、水素またはハロゲン原子であるか;または
その塩形態である。
冷光部分
L11L12L13M
を有するものとでき、式中:
Mは遷移金属イオンであり;ならびに
L11、L12、およびL13は、Mに配位している有機二座配位子である。
実施形態によっては、Mはイリジウム(Ir)である。実施形態によっては、Mはレニウム(Re)である。実施形態によっては、MはPt(IV)である。
によって表され、式中、Xは、イリジウムに結合されている炭素原子および窒素原子と共に芳香族キレート配位子を形成する原子団を表し、nは整数2または3であり、各芳香族キレート基に存在する複数のX’は、互いに同じであっても異なっていてもよく、Lは二座の有機配位子を表し、式中、炭素原子以外の原子は、イリジウムに結合されている。
実施形態によっては、上記のイリジウム錯体、式中の[]二座配位子の内部は、下記に示す構造式の群から選択されるいずれか1つの配位子であり:
式中、点線は、イリジウムとの結合を示し、芳香環上の各水素原子は、ハロゲン原子、または1個から15個の炭素原子を有する有機基によって置換されていてもよく、nが複数番号を表す際に、配位子は互いに異なっていてもよい。
式中、R1からR8は、独立して、水素原子、ハロゲン原子、または1個から15個の炭素原子を有する有機基を表し、互いに隣り合う置換基(R1からR8)は、1つまたは複数の部位で結合され、それによって縮合環を形成することがあり、nは整数2または3であり、[]の内側によって示される2つまたは3つの配位子は、互いに同じであっても異なっていてもよく、Lは二座の有機配位子を表し、式中、例えば、炭素原子以外の原子がイリジウムに結合されている。
式中、R1、R2、およびR3 は、それぞれ独立して、tert-ブチル基または水素原子であって、β-ジケトン配位子は、少なくとも1つのtert-ブチル基を有し;それらは、β-ジケトン配位子が2つのtert-ブチル基を有する際に互いに結合し、それによって飽和炭化水素環を形成することがあり;Aは、5員環または6員環のどちらかであり窒素を含有する複素環を有する置換基であり;Aの複素環は、任意選択的にベンゼン環に融合し、硫黄原子(S)または酸素原子(O)を窒素(N)以外のヘテロ原子として含んでいてもよく;Xはヘテロ原子である。
遷移双極子モーメントの方位
Θ=<cos2θ> (1)
発光デバイス
本開示の非限定的な態様の例
a)結晶質フレームワーク材中にわたって繰り返される結晶構造を有する複数の単位胞を含む結晶質フレームワーク材であって、放射層の平面について結晶方位を有し、それゆえに大部分の単位胞が平面について実質的に一様に配向される結晶質フレームワーク材;および
b)少なくともいくつかの単位胞に組み込まれた複数の冷光エミッタであって、冷光エミッタの遷移双極子モーメントは、その方位異方性因子Θを0.33とするように放射層の平面について配向されるよう単位胞に配列された冷光エミッタを含む、発光デバイス。場合によっては、少なくとも1つの冷光エミッタを用いて機能化される単位胞のそれぞれは、単位胞の結晶構造について実質的に固定された方位に、冷光エミッタを保持または配置して、それゆえに冷光エミッタの遷移双極子モーメントは、所望の方位に(例えば、平面に実質的に平行に)維持される。
a)結晶構造を有する複数の単位胞を含む結晶質フレームワーク材であって、フィルムの平面について好適な結晶方位を示し、それゆえに単位胞の大部分が平面について実質的に一様に配向される、結晶質フレームワーク材;および
b)結晶質フレームワーク材に配置された複数の冷光エミッタであって、単位胞の結晶構造について非ランダムな方位を示し、冷光エミッタの遷移双極子モーメントは、その方位異方性因子Θが0.33未満となるように、フィルムの平面について配向される、冷光エミッタ
を含むフィルム。
a)結晶質フレームワーク材の複数の単位胞を含む少なくとも1つの結晶であって、光が通って放射される放射層の平面に実質的に平行に配向された少なくとも1つの結晶軸を有する、結晶;および
b)冷光エミッタの遷移双極子モーメントが結晶軸に実質的に平行になるように、少なくともいくつかの単位胞に組み込まれる、複数の冷光エミッタ
を含む、発光デバイス。
a)結晶質フレームワーク材の複数の単位胞を含む少なくとも1つの結晶であって、フィルムの平面に実質的に平行に配向された少なくとも1つの結晶軸を有する結晶;および
b)冷光エミッタの遷移双極子モーメントが結晶軸について実質的に平行な方位に維持されるように、少なくともいくつかの単位胞に構成される複数の冷光エミッタを含むフィルム。実施形態によっては、少なくとも1つの冷光エミッタを用いて機能化される単位胞のそれぞれは、実質的に固定された方位に冷光エミッタを保持または配置し、それゆえにその遷移双極子モーメントは、結晶軸に実質的に平行に配向される。
実施例
実施例1-Cu2(TCPP)フィルムを製作するための材料および方法
Claims (76)
- a)フィルムの平面に対し実質的に一様な方位を有する繰り返し構造単位を含む、結晶質フレームワーク材;および
b)前記結晶質フレームワーク材に対し非ランダムな方位を有するように前記結晶質フレームワーク材の繰り返し構造単位中にそれぞれ構成される、複数の冷光エミッタ
を含むフィルム。 - 前記複数の冷光エミッタは、法線から45°以下(例えば40°以下、35°以下、30°以下、25°以下、20°以下、15°以下、または10°以下)の平均放射角で前記フィルムの平面から光を放射するように構成される、請求項1に記載のフィルム。
- 前記冷光エミッタは、その遷移双極子モーメントが0.33未満の方位異方性因子(Θ)を有するように、前記平面に対し実質的に一様に配向されるように構成される、請求項1から2のいずれか1項に記載のフィルム。
- 前記繰り返し構造単位の少なくとも50%は、前記フィルムの平面に対し実質的に平行となるように構成される遷移双極子モーメントを有する冷光エミッタを含む、請求項1から3のいずれか1項に記載のフィルム。
- 前記冷光エミッタの前記遷移双極子モーメントの少なくとも66%は、約+/-45°の最大偏差で前記フィルムの平面に対し実質的に平行に配向されている、請求項1から4のいずれか1項に記載のフィルム。
- 前記結晶質フレームワーク材は単結晶質である、請求項1から5のいずれか1項に記載のフィルム。
- 前記結晶質フレームワーク材は多結晶質である、請求項1から5のいずれか1項に記載のフィルム。
- 前記フィルムは、前記繰り返し構造単位を含む少なくとも1つの結晶から構成されており、前記少なくとも1つの結晶は、前記フィルムの平面に対し実質的に平行に整列された少なくとも1つの結晶軸を有し、前記冷光エミッタは、前記冷光エミッタの遷移双極子モーメントが前記少なくとも1つの結晶軸に対して実質的に平行な方位に構成されるように、前記繰り返し構造単位の少なくとも30%に配列されている、請求項1から4のいずれか1項に記載のフィルム。
- 前記結晶質フレームワーク材の前記繰り返し構造単位はそれぞれ、構造的に一体型の冷光エミッタ(例えば、前記結晶質フレームワークの構造の一部であり前記結晶質フレームワークの構造に不可欠である冷光エミッタ)を含む、請求項1から8のいずれか1項に記載のフィルム。
- 各冷光エミッタは、ペンダントリンカー(例えば、前記結晶質フレームワークのコア構造に共有結合により連結されているが前記結晶質フレームワークのコア構造の一部ではないペンダント冷光エミッタ)を介して前記結晶質フレームワーク材の構造単位に共有結合により付加されている、請求項1から8のいずれか1項に記載のフィルム。
- 前記結晶質フレームワーク材は多孔性であり、各冷光エミッタは、前記結晶質フレームワーク材の孔で非共有結合により結合されている、請求項1から8のいずれか1項に記載のフィルム。
- 前記結晶質フレームワーク材は、金属有機フレームワーク、共有結合性有機フレームワーク、または多孔性配位フレームワークである、請求項1から11のいずれか1項に記載のフィルム。
- 前記結晶質フレームワーク材は、有機構造単位に連結された金属性構造単位を含む金属有機フレームワークである、請求項12に記載のフィルム。
- 前記有機構造単位の少なくとも50%は、前記フィルムの平面に実質的に平行となるように構成される遷移双極子モーメントを有する冷光エミッタを含む、請求項13に記載のフィルム。
- 各有機構造単位は冷光エミッタを含む、請求項13または14に記載のフィルム。
- 前記有機構造単位は、1つまたは複数の金属結合基に連結された冷光エミッタから構成される、請求項13から15のいずれか1項に記載のフィルム。
- 前記冷光エミッタのそれぞれは、ペンダントリンカーを介して有機構造単位に共有結合により付加されている、請求項13から15のいずれか1項に記載のフィルム。
- 前記冷光エミッタのそれぞれは、有機構造単位に非共有結合により結合され、前記金属有機フレームワークの孔に構成される、請求項13から15のいずれか1項に記載のフィルム。
- nは0である、請求項19に記載のフィルム。
- nは1である、請求項19に記載のフィルム。
- 各L1は独立して、アルキル、置換アルキル、アルケニル、置換アルケニル、アルキニル、置換アルキニル、アリール、置換アリール、ヘテロアリール、置換ヘテロアリール、オキソ(-O-)、アミド、スルホニル、およびスルホンアミドから選択される、請求項19に記載のフィルム。
- 各L1は大員環である、請求項19に記載のフィルム。
- 前記大員環はポルフィリンおよび多座配位子から選択される、請求項23に記載のフィルム。
- 前記多座配位子は、ビピリジン、フェニルピリジン、およびサレン配位子から選択される、請求項24に記載のフィルム。
- mは2、3、または4である、請求項19から25のいずれか1項に記載のフィルム。
- Arはフェニルまたは置換フェニルである、請求項27に記載のフィルム。
- Arは1,4-フェニレンまたは置換1,4-フェニレンである、請求項28に記載のフィルム。
- Zはカルボキシである、請求項19から29のいずれか1項に記載のフィルム。
- 前記冷光エミッタEは、イリジウム錯体、白金錯体、希土類金属錯体、有機染料、フェニル系ホスフィン、ホスフィン酸化物、および置換ホスフィンから選択される、請求項19から30のいずれか1項に記載のフィルム。
- Eは冷光イリジウム錯体である、請求項19から31のいずれか1項に記載のフィルム。
- E1、E2、およびE3は独立して、bppo、ppy、MDQ、acac、およびそれらの置換バージョンから選択される、請求項33に記載のフィルム。
- E1、E2およびE3は独立して、(bppo)2Ir(acac)、(bppo)2Ir(ppy)、(ppy)2Ir(bppo)、(MDQ)2Ir(acac)、およびそれらの置換バージョンから選択される、請求項34に記載のフィルム。
- Arは、ポルフィリン、ペリレン、ピリジン、フェニル、イミダゾール、ビピリジン、トリアゾール、およびそれらの置換バージョンから選択される、請求項35に記載のフィルム。
- Arはフェニルまたは置換フェニルである、請求項35に記載のフィルム。
- Arは、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメシン酸、またはそれらの置換バージョンである、請求項35に記載のフィルム。
- Zはカルボキシである、請求項35から39のいずれか1項に記載のフィルム。
- 前記冷光エミッタEは、イリジウム錯体、白金錯体、希土類金属錯体、有機染料、フェニル系ホスフィン、ホスフィン酸化物、置換ホスフィンから選択される、請求項36から41のいずれか1項に記載のフィルム。
- L2は独立して、アルキル、置換アルキル、アルケニル、置換アルケニル、アルキニル、置換アルキニル、アリール、置換アリール、ヘテロアリール、置換ヘテロアリール、オキソ(-O-)、アミノ、置換アミノ、アミド、スルホニル、およびスルホンアミドから選択される、請求項36から42のいずれか1項に記載のフィルム。
- L2は置換アミノ基を含む、請求項36から43に記載のフィルム。
- L2は、冷光金属錯体に配位可能な金属結合性配位子基をさらに含む、請求項43または44に記載のフィルム。
- L2は-NR-P(R’)(R’’)=O-であり、冷光金属錯体に配位しており;ならびに
R、R’、およびR’’は独立して、水素、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアリール、アミノ、アルコキシ、ヒドロキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、複素環オキシ基、アシル、アルコキシカルボニル、アリールオキシカルボニル、アシルオキシ、アシルアミノ、アルコキシカルボニルアミノ、アリールオキシカルボニルアミノ、スルホニルアミノ、スルファモイル、カルバモイル、アルキルチオ、アリールチオ、複素環チオ基、および複素環基から選択される、
請求項36から45のいずれか1項に記載のフィルム。 - Rは水素またはアルキルであり;ならびに
R’およびR’’は独立して、アルキル、アリール、ヘテロアリール、アルコキシ、ヒドロキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、およびアシルオキシから選択される、
請求項46に記載のフィルム。 - X1、X2、X3、X4、X5、およびX6はそれぞれ水素である、請求項48に記載のフィルム。
- M’は希土類金属イオンである、請求項48または49に記載のフィルム。
- 前記希土類金属イオンは、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、およびルテチウムから選択される、請求項50に記載のフィルム。
- 前記冷光エミッタは、イリジウム錯体、白金錯体、希土類金属錯体、有機染料、フェニル系ホスフィン、ホスフィン酸化物、および置換ホスフィンから選択される、請求項18に記載のフィルム。
- 前記冷光エミッタは、テトラフェニルポルフィリン白金(II)、(bppo)2Ir(acac)、(bppo)2Ir(ppy)、(ppy)2Ir(bppo)、(ppy)Re(CO)3、(MDQ)2Ir(acac)、N,N’-ジ(1-ナフチル)-N,N’-ジフェニル-(1,1’-ビフェニル)-4、4’-ジアミン(NPD)、およびそれらの組合せから選択される、請求項52に記載のフィルム。
- 前記金属有機フレームワークの金属性構造単位は、銅、亜鉛、アルミニウム、ニッケル、ガドリニウム、マグネシウム、カドミウム、鉄、マンガン、コバルト、バナジウム、ジルコニウム、チタニウム、およびインジウムから選択される金属の金属イオンまたは金属イオンクラスターである、請求項13から53のいずれか1項に記載のフィルム。
- 前記金属有機フレームワークは、式:
[Mp(L)n(Y)m]
の繰り返し構造単位を含み、式中、
Mは金属イオンであり、pは1から4であり;
Lは多価の有機構造単位(例えば二価、三価、四価)であり;ならびに
Yは任意選択的な第2の配位子であり;
nは1から4であり;ならびに
mは0から3(例えば0、0.5、1)である、
請求項13から54のいずれか1項に記載のフィルム。 - 前記金属有機フレームワークの有機構造単位は、BDCまたはTPA(テレフタル酸)、BTC(トリメシン酸)、BTB(4,4’,4’,-ベンゼン-1,3,5-トリイル-トリス(安息香酸))、TCPP(4,4,4,4-(ポルフィン-5,10,15,20-テトライル)テトラキス(安息香酸))、2,5-ジヒドロキシオキシドテレフタル酸、3,3’-ジヒドロキシビフェニル-4,4’-カルボン酸、イミダゾール、1,2,3-トリアゾール、1,2,4-トリアゾール、ピラジン、トリアジン、dabco、4,4’-ビピリジン、1,2,4,5-テトラキス(ベンゼン-3,5-ジカルボキシラート)ベンゼン、1,3,5-トリス(ピラゾラート)ベンゼン、1,3,5-トリス(トリアゾラート)ベンゼン、1,3,5-トリス(テトラゾラート)ベンゼン、およびそれらの置換バージョンから選択される基を含む、請求項54または55に記載のフィルム。
- 前記置換バージョンは、追加的なフェニル環の追加によって改変された基、および硫黄原子に代えて酸素原子に置換された基から選択される、請求項56に記載のフィルム。
- 前記金属有機フレームワークは、[Cu3(BTC)2]、[Cu3(BTC)2(H2O)3]、[Zn4O(BDC)3]、[Zn4O(BTB)2]、MIL-53、MIL-69、MIL-88、MIL-100、MIL-101、およびMIL-111、UiO-66、UiO-67、またはUiO-68を含む、請求項54~57のいずれか1項に記載のフィルム。
- MIL-53、MIL-69、MIL-88、MIL-100、MIL-101、MIL-111は、銅、亜鉛、アルミニウム、ニッケル、ガドリニウム、マグネシウム、カドミウム、鉄、マンガン、コバルト、バナジウム、ジルコニウム、チタニウム、およびインジウムから選択される金属を含む、請求項58に記載のフィルム。
- 前記金属有機フレームワークはM2(dobpdc)を含み、式中、MはMg、Cu、Zn、Co、Mn、Fe、またはNiである、請求項54~57のいずれか1項に記載のフィルム。
- 前記金属有機フレームワークはM-BTTを含み、式中、MはMg、Cu、Zn、Co、Mn、Fe、Cd、またはNiである、請求項54~57のいずれか1項に記載のフィルム。
- 前記繰り返し構造単位は、
[M2(L)]
を含み、式中、
Mは銅または亜鉛であり;ならびに
Lは4つの金属結合性官能基を含む四価の有機構造単位である、
請求項55または56に記載のフィルム。 - 前記繰り返し構造単位はCu2(TCPP)を含み、式中、TCPPは5,10,15,20-テトラキス(4-カルボキシフェニル)ポルフィリン]である、請求項62に記載のフィルム。
- 前記フィルムは1nmから10,000nmまでの厚さを有する、請求項1から63のいずれか1項に記載のフィルム。
- 前記フィルムは1nmから1,000nmまでの厚さを有する、請求項1から64のいずれか1項に記載のフィルム。
- 前記フィルムは1nmから500nmまでの厚さを有する、請求項1から65のいずれか1項に記載のフィルム。
- 前記フィルムは2nmから150nmまでの厚さを有する、請求項1から66のいずれか1項に記載のフィルム。
- 前記フィルムは、マトリックス材と1つまたは複数の任意選択的な添加剤とをさらに含む、請求項1から67のいずれか1項に記載のフィルム。
- 前記マトリックス材は導電性ポリマーを含む、請求項68に記載のフィルム。
- 前記マトリックス材は非伝導性ポリマーを含む、請求項68に記載のフィルム。
- 前記フィルムは、ドーパント、電荷輸送化合物、電解質、および染料から選択される1つまたは複数の添加剤を含む、請求項68から70のいずれか1項に記載のフィルム。
- 請求項1~64のいずれか1項に記載の冷光フィルムを含む放射層;ならびに
間に電圧を印加して前記放射層の少なくとも一部に電界を生成することができる第1および第2の電極
を含む発光デバイス。 - 前記電極のうち少なくとも1つは、透明または半透明の材料から構成される、請求項72に記載のデバイス。
- 電子注入層、電子輸送層、孔輸送層、孔注入層、電子遮断層、孔遮断層、および遮蔽層から選択される1つまたは複数の追加の層をさらに含む、請求項72または73に記載のデバイス。
- 印加電圧下で可視光を放射する、請求項72から74のいずれか1項に記載のデバイス。
- ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ、ナビゲーションシステム、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末から選択される、請求項72~75のいずれか1項に記載の発光デバイスを含む電気装置。
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