JP6280346B2 - 遅延蛍光を示す有機電界発光デバイス - Google Patents

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Description

特許請求されている発明は、大学・企業の共同研究契約の下記の当事者:University of Michigan、Princeton University、University of Southern California、及びUniversal Display Corporationの理事らの1又は複数によって、その利益になるように、且つ/又は関連して為されたものである。該契約は、特許請求されている発明が為された日付以前に発効したものであり、特許請求されている発明は、該契約の範囲内で行われる活動の結果として為されたものである。
本発明は、ビカルバゾールトリアジン化合物を含む電界発光デバイスに関する。これらの化合物を含むデバイスは、遅延蛍光を示す。
有機材料を利用する光電子デバイスは、いくつもの理由から、次第に望ましいものとなりつつある。そのようなデバイスを作製するために使用される材料の多くは比較的安価であるため、有機光電子デバイスは無機デバイスを上回るコスト優位性の可能性を有する。加えて、柔軟性等の有機材料の固有の特性により、該材料は、フレキシブル基板上での製作等の特定用途によく適したものとなり得る。有機光電子デバイスの例は、有機発光デバイス(OLED)、有機光トランジスタ、有機光電池及び有機光検出器を含む。OLEDについて、有機材料は従来の材料を上回る性能の利点を有し得る。例えば、有機発光層が光を放出する波長は、概して、適切なドーパントで容易に調整され得る。
OLEDはデバイス全体に電圧が印加されると光を放出する薄い有機膜を利用する。OLEDは、フラットパネルディスプレイ、照明及びバックライティング等の用途において使用するためのますます興味深い技術となりつつある。数種のOLED材料及び構成は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、特許文献1、特許文献2及び特許文献3において記述されている。
リン光性発光分子の1つの用途は、フルカラーディスプレイである。そのようなディスプレイの業界標準は、「飽和(saturated)」色と称される特定の色を放出するように適合された画素を必要とする。特に、これらの標準は、飽和した赤色、緑色及び青色画素を必要とする。色は、当技術分野において周知のCIE座標を使用して測定することができる。
緑色発光分子の一例は、下記の構造:
を有する、Ir(ppy)と表示されるトリス(2−フェニルピリジン)イリジウムである。
この図面及び本明細書における後出の図面中で、本発明者らは、窒素から金属(ここではIr)への配位結合を直線として描写する。
本明細書において使用される場合、用語「有機」は、有機光電子デバイスを製作するために使用され得るポリマー材料及び小分子有機材料を含む。「小分子」は、ポリマーでない任意の有機材料を指し、且つ「小分子」は実際にはかなり大型であってよい。小分子は、いくつかの状況において繰り返し単位を含み得る。例えば、長鎖アルキル基を置換基として使用することは、「小分子」クラスから分子を排除しない。小分子は、例えばポリマー骨格上のペンダント基として、又は該骨格の一部として、ポリマーに組み込まれてもよい。小分子は、コア部分上に構築された一連の化学的シェルからなるデンドリマーのコア部分として役立つこともできる。デンドリマーのコア部分は、蛍光性又はリン光性小分子発光体であってよい。デンドリマーは「小分子」であってよく、OLEDの分野において現在使用されているデンドリマーはすべて小分子であると考えられている。
本明細書において使用される場合、「頂部」は基板から最遠部を意味するのに対し、「底部」は基板の最近部を意味する。第一層が第二層「の上に配置されている」と記述される場合、第一層のほうが基板から遠くに配置されている。第一層が第二層「と接触している」ことが指定されているのでない限り、第一層と第二層との間に他の層があってもよい。例えば、間に種々の有機層があるとしても、カソードはアノード「の上に配置されている」と記述され得る。
本明細書において使用される場合、「溶液プロセス可能な」は、溶液又は懸濁液形態のいずれかの液体媒質に溶解、分散若しくは輸送することができ、且つ/又は該媒質から堆積することができるという意味である。
配位子は、該配位子が発光材料の光活性特性に直接寄与していると考えられる場合、「光活性」と称され得る。配位子は、該配位子が発光材料の光活性特性に寄与していないと考えられる場合には「補助」と称され得るが、補助配位子は、光活性配位子の特性を変化させることができる。
本明細書において使用される場合、当業者には概して理解されるであろう通り、第一の「最高被占分子軌道」(HOMO)又は「最低空分子軌道」(LUMO)エネルギー準位は、第一のエネルギー準位が真空エネルギー準位に近ければ、第二のHOMO又はLUMOエネルギー準位「よりも大きい」又は「よりも高い」。イオン化ポテンシャル(IP)は、真空準位と比べて負のエネルギーとして測定されるため、より高いHOMOエネルギー準位は、より小さい絶対値を有するIP(あまり負でないIP)に相当する。同様に、より高いLUMOエネルギー準位は、より小さい絶対値を有する電子親和力(EA)(あまり負でないEA)に相当する。頂部に真空準位がある従来のエネルギー準位図において、材料のLUMOエネルギー準位は、同じ材料のHOMOエネルギー準位よりも高い。「より高い」HOMO又はLUMOエネルギー準位は、「より低い」HOMO又はLUMOエネルギー準位よりもそのような図の頂部に近いように思われる。
本明細書において使用される場合、当業者には概して理解されるであろう通り、第一の仕事関数がより高い絶対値を有するならば、第一の仕事関数は第二の仕事関数「よりも大きい」又は「よりも高い」。仕事関数は概して真空準位と比べて負数として測定されるため、これは「より高い」仕事関数が更に負であることを意味する。頂部に真空準位がある従来のエネルギー準位図において、「より高い」仕事関数は、真空準位から下向きの方向に遠く離れているものとして例証される。故に、HOMO及びLUMOエネルギー準位の定義は、仕事関数とは異なる慣例に準ずる。
OLEDについての更なる詳細及び上述した定義は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる特許文献4において見ることができる。
第1のデバイスが提供される。前記第1のデバイスは、第1の有機発光デバイスを含み、アノードと、カソードと、前記アノードと前記カソードとの間に配置された、第1の発光ドーパントを含む発光層とを更に含む。前記第1の発光ドーパントは、下記の式を有する化合物を含む。
及びRは、モノ−、ジ−、トリ置換又は無置換であることを表す。R及びRは、モノ−、ジ−、トリ−、テトラ置換又は無置換であることを表す。R、R、R、及びRは、独立して、水素、重水素、ハライド、アルキル、シクロアルキル、ヘテロアルキル、アリールアルキル、アルコキシ、アリールオキシ、アミノ、シリル、アルケニル、シクロアルケニル、ヘテロアルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアリール、アシル、カルボニル、カルボン酸、エステル、ニトリル、イソニトリル、スルファニル、スルフィニル、スルフォニル、ホスフィノ及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。Ar、Ar、及びArは、独立して、アリール又はヘテロアリールから選択され、更に置換されていてもよく、XはC又はNである。
1つの態様においては、前記第1の発光ドーパントは、遅延蛍光発光ドーパントである。
1つの態様においては、Ar、Ar、及びArは、更に置換されている。
1つの態様においては、Ar、Ar、及びArは、独立して、フェニル、ピリジン、ナフタレン、ビフェニル、ターフェニル、フルオレン、ジベンゾフラン、ジベンゾチオフェン、フェナントレン、及びトリフェニレンからなる群から選択され、Ar、Ar、及びArは、独立して、水素、アルキル、アルコキシ、アミノ、アルケニル、アルキニル、アリール、及びヘテロアリールからなる群から選択される置換基で更に置換されており、但し、前記置換基は、Ar、Ar、及びArに直接縮合したアリール又はヘテロアリールではない。
1つの態様においては、Ar及びArは、独立して、フェニル、ピリジン、及びナフタレンからなる群から選択される。
1つの態様においては、Arは、フェニル、ビフェニル、ジベンゾフラン、及びジベンゾチオフェンからなる群から選択される。
1つの態様においては、Rは水素である。1つの態様においては、R、R、R、及びRは水素である。
1つの態様においては、前記化合物は、化合物1から化合物184からなる群から選択される。
1つの態様においては、前記第1のデバイスは、少なくとも10%の最大外部量子効率を有する。1つの態様においては、前記第1のデバイスは、少なくとも15%の最大外部量子効率を有する。1つの態様においては、前記第1のデバイスは、1,000ニト(nits)で少なくとも10%の外部量子効率を有する。1つの態様においては、前記第1のデバイスは、1,000ニトで少なくとも15%の外部量子効率を有する。
1つの態様においては、前記発光層は、第1のリン光発光材料を更に含む。
1つの態様においては、前記第1のデバイスは、前記有機発光デバイスに電圧が印加されたときに、室温で白色光を発する。
1つの態様においては、第1の発光ドーパントは、約400nm〜約500nmのピーク波長を有する青色光を発する。
1つの態様においては、第1の発光ドーパントは、約530nm〜約580nmのピーク波長を有する黄色光を発する。
1つの態様においては、前記発光層は、第2のリン光発光材料を更に含む。1つの態様においては、前記発光層は、ホスト化合物を更に含む。
1つの態様においては、前記第1ののデバイスは、第2の有機発光デバイスを含み、前記第2の有機発光デバイスは、第1の有機発光デバイスに積層されている。
前記第1のデバイスは、消費者製品である。1つの態様においては、前記第1のデバイスは、有機発光デバイスである。1つの態様においては、前記第1のデバイスは、照明パネルである。
図1は、有機発光デバイスを示す。
図2は、別個に設けられた電子輸送層がない逆構造有機発光デバイスを表す。
図3は、式Iの化合物を表す。
概して、OLEDは、アノード及びカソードの間に配置され、それらと電気的に接続された少なくとも1つの有機層を含む。電流が印加されると、アノードが正孔を注入し、カソードが電子を有機層(複数可)に注入する。注入された正孔及び電子は、逆帯電した電極にそれぞれ移動する。電子及び正孔が同じ分子上に局在する場合、励起エネルギー状態を有する局在電子正孔対である「励起子」が形成される。光は、励起子が緩和した際に、光電子放出機構を介して放出される。いくつかの事例において、励起子はエキシマー又はエキサイプレックス上に局在し得る。熱緩和等の無輻射機構が発生する場合もあるが、概して望ましくないとみなされている。
初期のOLEDは、例えば、参照によりその全体が組み込まれる米国特許第4,769,292号において開示されている通り、その一重項状態から光を放出する発光分子(「蛍光」)を使用していた。蛍光発光は、概して、10ナノ秒未満の時間枠で発生する。
ごく最近では、三重項状態から光を放出する発光材料(「リン光」)を有するOLEDが実証されている。参照によりその全体が組み込まれる、Baldoら、「Highly Efficient Phosphorescent Emission from Organic Electroluminescent Devices」、395巻、151〜154、1998;(「Baldo−I」)及びBaldoら、「Very high−efficiency green organic light emitting devices based on electrophosphorescence」、Appl.Phys.Lett.、75巻、3号、4〜6(1999)(「Baldo−II」)。リン光については、参照により組み込まれる米国特許第7,279,704号5〜6段において更に詳細に記述されている。
図1は、有機発光デバイス100を示す。図は必ずしも一定の縮尺ではない。デバイス100は、基板110、アノード115、正孔注入層120、正孔輸送層125、電子ブロッキング層130、発光層135、正孔ブロッキング層140、電子輸送層145、電子注入層150、保護層155、カソード160及びバリア層170を含み得る。カソード160は、第一の導電層162及び第二の導電層164を有する複合カソードである。デバイス100は、記述されている層を順に堆積させることによって製作され得る。これらの種々の層の特性及び機能並びに材料例は、参照により組み込まれるUS7,279,704、6〜10段において更に詳細に記述されている。
これらの層のそれぞれについて、更なる例が利用可能である。例えば、フレキシブル及び透明基板−アノードの組合せは、参照によりその全体が組み込まれる米国特許第5、844、363号において開示されている。p−ドープされた正孔輸送層の例は、参照によりその全体が組み込まれる米国特許出願公開第2003/0230980号において開示されている通りの、50:1のモル比でm−MTDATAにF−TCNQをドープしたものである。発光材料及びホスト材料の例は、参照によりその全体が組み込まれるThompsonらの米国特許第6,303,238号において開示されている。n−ドープされた電子輸送層の例は、参照によりその全体が組み込まれる米国特許出願公開第2003/0230980号において開示されている通りの、1:1のモル比でBPhenにLiをドープしたものである。参照によりその全体が組み込まれる米国特許第5,703,436号及び同第5,707,745号は、上を覆う透明の、導電性の、スパッタリング蒸着したITO層を持つMg:Ag等の金属の薄層を有する複合カソードを含むカソードの例を開示している。ブロッキング層の理論及び使用は、参照によりその全体が組み込まれる米国特許第6,097,147号及び米国特許出願公開第2003/0230980号において更に詳細に記述されている。注入層の例は、参照によりその全体が組み込まれる米国特許出願公開第2004/0174116号において提供されている。保護層についての記述は、参照によりその全体が組み込まれる米国特許出願公開第2004/0174116号において見ることができる。
図2は、反転させたOLED200を示す。デバイスは、基板210、カソード215、発光層220、正孔輸送層225、及びアノード230を含む。デバイス200は、記述されている層を順に堆積させることによって製作され得る。最も一般的なOLED構成はアノードの上に配置されたカソードを有し、デバイス200はアノード230の下に配置されたカソード215を有するため、デバイス200は「反転させた」OLEDと称されることがある。デバイス100に関して記述されたものと同様の材料を、デバイス200の対応する層において使用してよい。図2は、いくつかの層が如何にしてデバイス100の構造から省略され得るかの一例を提供するものである。
図1及び2において例証されている単純な層構造は、非限定的な例として提供されるものであり、本発明の実施形態は多種多様な他の構造に関連して使用され得ることが理解される。記述されている特定の材料及び構造は、事実上例示的なものであり、他の材料及び構造を使用してよい。機能的なOLEDは、記述されている種々の層を様々な手法で組み合わせることによって実現され得るか、又は層は、設計、性能及びコスト要因に基づき、全面的に省略され得る。具体的には記述されていない他の層も含まれ得る。具体的に記述されているもの以外の材料を使用してよい。本明細書において提供されている例の多くは、単一材料を含むものとして種々の層を記述しているが、ホスト及びドーパントの混合物等の材料の組合せ、又はより一般的には混合物を使用してよいことが理解される。また、層は種々の副層を有してもよい。本明細書における種々の層に与えられている名称は、厳しく限定することを意図するものではない。例えば、デバイス200において、正孔輸送層225は正孔を輸送し、正孔を発光層220に注入し、正孔輸送層又は正孔注入層として記述され得る。一実施形態において、OLEDは、カソード及びアノードの間に配置された「有機層」を有するものとして記述され得る。有機層は単層を含んでいてよく、又は、例えば図1及び2に関して記述されている通りの異なる有機材料の多層を更に含んでいてよい。
参照によりその全体が組み込まれるFriendらの米国特許第5,247,190号において開示されているもののようなポリマー材料で構成されるOLED(PLED)等、具体的には記述されていない構造及び材料を使用してもよい。更なる例として、単一の有機層を有するOLEDが使用され得る。OLEDは、例えば、参照によりその全体が組み込まれるForrestらの米国特許第5,707,745号において記述されている通り、積み重ねられてよい。OLED構造は、図1及び2において例証されている単純な層構造から逸脱してよい。例えば、基板は、参照によりその全体が組み込まれる、Forrestらの米国特許第6,091,195号において記述されている通りのメサ構造及び/又はBulovicらの米国特許第5,834,893号において記述されている通りのくぼみ構造等、アウトカップリングを改良するための角度のついた反射面を含み得る。
別段の規定がない限り、種々の実施形態の層のいずれも、任意の適切な方法によって堆積され得る。有機層について、好ましい方法は、参照によりその全体が組み込まれる米国特許第6,013,982号及び同第6,087,196号において記述されているもの等の熱蒸着、インクジェット、参照によりその全体が組み込まれるForrestらの米国特許第6,337,102号において記述されているもの等の有機気相堆積(OVPD)、並びに参照によりその全体が組み込まれる米国特許第7,431,968号において記述されているもの等の有機気相ジェットプリンティング(OVJP)による堆積を含む。他の適切な堆積法は、スピンコーティング及び他の溶液ベースのプロセスを含む。溶液ベースのプロセスは、好ましくは、窒素又は不活性雰囲気中で行われる。他の層について、好ましい方法は熱蒸着を含む。好ましいパターニング法は、参照によりその全体が組み込まれる米国特許第6,294,398号及び同第6,468,819号において記述されているもの等のマスク、冷間圧接を経由する堆積、並びにインクジェット及びOVJD等の堆積法のいくつかに関連するパターニングを含む。他の方法を使用してもよい。堆積する材料は、特定の堆積法と適合するように修正され得る。例えば、分枝鎖状又は非分枝鎖状であり、且つ好ましくは少なくとも3個の炭素を含有するアルキル及びアリール基等の置換基は、溶液プロセシングを受ける能力を増強するために、小分子において使用され得る。20個以上の炭素を有する置換基を使用してよく、3〜20個の炭素が好ましい範囲である。非対称構造を持つ材料は、対称構造を有するものよりも良好な溶液プロセス性を有し得、これは、非対称材料のほうが再結晶する傾向が低くなり得るからである。溶液プロセシングを受ける小分子の能力を増強するために、デンドリマー置換基が使用され得る。
本発明の実施形態に従って製作されたデバイスは、場合により障壁層を更に備え得る。障壁層の1つの目的は、電極及び有機層を、水分、蒸気及び/又はガス等を含む環境における有害な種への損傷性暴露から保護することである。障壁層は、基板、電極の上、下若しくは隣に、又はエッジを含むデバイスの任意の他の部分の上に堆積し得る。障壁層は、単層又は多層を備えてよい。障壁層は、種々の公知の化学気相堆積技術によって形成され得、単相を有する組成物及び多相を有する組成物を含み得る。任意の適切な材料又は材料の組合せを障壁層に使用してよい。障壁層は、無機若しくは有機化合物又は両方を組み込み得る。好ましい障壁層は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第7,968,146号、PCT特許出願第PCT/US2007/023098号及び同第PCT/US2009/042829号において記述されている通りの、ポリマー材料及び非ポリマー材料の混合物を備える。「混合物」とみなされるためには、障壁層を構成する前記のポリマー及び非ポリマー材料は、同じ反応条件下で及び/又は同時に堆積されるべきである。ポリマー材料対非ポリマー材料の重量比は、95:5から5:95の範囲内となり得る。ポリマー材料及び非ポリマー材料は、同じ前駆体材料から作成され得る。一例において、ポリマー材料及び非ポリマー材料の混合物は、ポリマーケイ素及び無機ケイ素から本質的になる。
本発明の実施形態に従って製作されたデバイスは、フラットパネルディスプレイ、コンピュータモニター、テレビ、掲示板、屋内若しくは屋外照明及び/又は信号送信用のライト、ヘッドアップディスプレイ、完全透明ディスプレイ、フレキシブルディスプレイ、レーザープリンター、電話、携帯電話、パーソナルデジタルアシスタント(PDA)、ラップトップコンピュータ、デジタルカメラ、カムコーダー、ファインダー、マイクロディスプレイ、車、大面積壁、劇場又はスタジアムのスクリーン、或いは看板を含む多種多様な消費者製品に組み込まれ得る。パッシブマトリックス及びアクティブマトリックスを含む種々の制御機構を使用して、本発明に従って製作されたデバイスを制御することができる。デバイスの多くは、摂氏18度から摂氏30度、より好ましくは室温(摂氏20〜25度)等、ヒトに快適な温度範囲内での使用が意図されている。
本明細書において記述されている材料及び構造は、OLED以外のデバイスにおける用途を有し得る。例えば、有機太陽電池及び有機光検出器等の他の光電子デバイスが、該材料及び構造を用い得る。より一般的には、有機トランジスタ等の有機デバイスが、該材料及び構造を用い得る。
ハロ、ハロゲン、アルキル、シクロアルキル、アルケニル、アルキニル、アリルキル、複素環式基、アリール、芳香族基及びヘテロアリールの用語は当技術分野において公知であり、参照により本明細書に組み込まれるUS7,279,704の31〜32段において定義されている。
蛍光OLEDの内部量子効率(IQE)は、遅延蛍光により25%のスピン統計限界を超えることができると考えられている。本明細書においては、2種類の遅延蛍光、即ち、P−型遅延蛍光及びE−型遅延蛍光がある。P−型遅延蛍光は、三重項−三重項消滅(TTA)により生じる。
一方、E−型遅延蛍光は、2つの三重項の衝突には依存せず、むしろ三重項状態と一重項状態との間の熱的ポピュレーションに依存する。E−型遅延蛍光を生じることができる化合物は、非常に小さい一重項−三重項ギャップを有している必要がある。熱エネルギーは、三重項状態から一重項状態への移行を活性化することができる。この種の遅延蛍光は、熱活性化遅延蛍光(TADF)としても知られる。TADF固有の特徴は、熱エネルギーの上昇による温度上昇に伴って遅延成分が増加することである。逆項間交差速度が、三重項状態からの非放射崩壊を最小限とするのに十分に速ければ、バックポピュレイティッド(back populated)一重項励起状態のフラクションは、75%に達し得る。全一重項フラクションは、100%になり得、これは、スピン統計限界を遥かに上回る。
TADFの特性は、エキサイプレックスシステム又は単一化合物に見ることができる。
何ら理論に拘束されるものではないが、E−型遅延蛍光を生じるためには、発光材料が小さい一重項−三重項エネルギーギャップ(ΔES−T)を有する必要があると考えられている。金属を含有しない有機ドナー−アクセプター発光材料は、これを達成することができる。これらの材料の発光は、ドナー−アクセプター電荷移動(CT)型発光としてしばしば特徴付けられる。これらのドナー−アクセプター型化合物におけるHOMO及びLUMOの空間的分離がしばしばΔES−Tを小さくする。これらの状態は、CT状態に関与することがある。多くの場合、ドナー−アクセプター発光材料は、アミノ又はカルバゾール誘導体などの電子供与性部分と、N−含有6員芳香族環などの電子受容性部分とを連結することにより構築される。
第1のデバイスが提供される。前記第1のデバイスは、第1の有機発光デバイスを含み、アノードと、カソードと、前記アノードと前記カソードとの間に配置された、第1の発光ドーパントを含む発光層とを更に含む。前記第1の発光ドーパントは、下記の式を有する化合物を含む。
及びRは、モノ−、ジ−、トリ置換又は無置換であることを表す。R及びRは、モノ−、ジ−、トリ−、テトラ置換又は無置換であることを表す。R、R、R、及びRは、独立して、水素、重水素、ハライド、アルキル、シクロアルキル、ヘテロアルキル、アリールアルキル、アルコキシ、アリールオキシ、アミノ、シリル、アルケニル、シクロアルケニル、ヘテロアルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアリール、アシル、カルボニル、カルボン酸、エステル、ニトリル、イソニトリル、スルファニル、スルフィニル、スルフォニル、ホスフィノ及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。Ar、Ar、及びArは、独立して、アリール又はヘテロアリールから選択され、更に置換されていてもよく、XはC又はNである。
1つの実施形態においては、前記第1の発光ドーパントは、遅延蛍光発光ドーパントである。
1つの実施形態においては、Ar、Ar、及びArは、更に置換されている。
1つの実施形態においては、Ar、Ar、及びArは、独立して、フェニル、ピリジン、ナフタレン、ビフェニル、ターフェニル、フルオレン、ジベンゾフラン、ジベンゾチオフェン、フェナントレン、及びトリフェニレンからなる群から選択され、Ar、Ar、及びArは、独立して、水素、アルキル、アルコキシ、アミノ、アルケニル、アルキニル、アリール、及びヘテロアリールからなる群から選択される置換基で更に置換されており、但し、前記置換基は、Ar、Ar、及びArに直接縮合したアリール又はヘテロアリールではない。
1つの実施形態においては、Ar及びArは、独立して、フェニル、ピリジン、及びナフタレンからなる群から選択される。
1つの実施形態においては、Arは、フェニル、ビフェニル、ジベンゾフラン、及びジベンゾチオフェンからなる群から選択される。
1つの実施形態においては、Rは水素である。1つの実施形態においては、R、R、R、及びRは水素である。
1つの実施形態においては、前記化合物は、化合物1から化合物184からなる群から選択される。
1つの実施形態においては、前記第1のデバイスは、少なくとも10%の最大外部量子効率を有する。1つの実施形態においては、前記第1のデバイスは、少なくとも15%の最大外部量子効率を有する。1つの実施形態においては、前記第1のデバイスは、1,000ニトで少なくとも10%の外部量子効率を有する。1つの実施形態においては、前記第1のデバイスは、1,000ニトで少なくとも15%の外部量子効率を有する。本明細書において、「外部量子効率」という用語は、デバイス中に外部光取出し構造が存在しない状態で得た外部量子効率を意味する。
1つの実施形態においては、前記発光層は、第1のリン光発光材料を更に含む。
1つの実施形態においては、前記第1のデバイスは、前記有機発光デバイスに電圧が印加されたときに、室温で白色光を発する。
1つの実施形態においては、第1の発光ドーパントは、約400nm〜約500nmのピーク波長を有する青色光を発する。
1つの実施形態においては、第1の発光ドーパントは、約530nm〜約580nmのピーク波長を有する黄色光を発する。
1つの実施形態においては、前記発光層は、第2のリン光発光材料を更に含む。1つの実施形態においては、前記発光層は、ホスト化合物を更に含む。
1つの実施形態においては、前記第1ののデバイスは、第2の有機発光デバイスを含み、前記第2の有機発光デバイスは、第1の有機発光デバイスに積層されている。
前記第1のデバイスは、消費者製品である。1つの実施形態においては、前記第1のデバイスは、有機発光デバイスである。1つの実施形態においては、前記第1のデバイスは、照明パネルである。
デバイス実施例
高真空(<10−7Torr)熱蒸着によって全てのデバイス実施例を製造した。アノード電極は、800Åの酸化インジウムスズ(ITO)である。カソードは、10ÅのLiF、次いで、1,000ÅのAlからなっていた。製造直後に、全てのデバイスを窒素グローブボックス(<1ppmのHO及びO)内においてガラスの蓋を用いてエポキシ樹脂で封止して封入し、水分ゲッタをパッケージ内に入れた。
デバイスは、以下の構造を有する:
デバイス1=ITO/TAPC(400Å)/化合物1(200Å)/TmPyPB(500Å)/LiF/Al
デバイス2=ITO/TAPC(400Å)/ホスト1:化合物1(20%、300Å)/TmPyPB(500Å)/LiF/Al
なお、化合物1は、国際公開第2012/023947号パンフレットに記載の方法に従って合成した。
表1:発光材料として化合物1を用いるエレクトロルミネッセンスデバイス1〜2の性能
デバイス1は、HIL/HTLとしてTAPCを、EMLとして化合物1のニート層を、ETLとしてTmPyPBを用いて製造した。結果を表1に示す。このデバイスから、λmaxが518nmであり、CIEが(0.311,0.516)である緑色発光が観察され、これは、化合物のフォトルミネッセンススペクトルとよく一致している。207ニットの輝度において7.2%の最大外部量子効率(EQE)が観察された。同輝度において、最大発光効率(LE)は20cd/Aであった。1,000ニットでは、EQE及びLEは、それぞれ、6%及び17cd/Aであった。
化合物1のニートフィルムのフォトルミネセンス量子収量(PLQY)は、30%であると測定された。迅速な一重項発光しか生じない標準的な蛍光OLEDでは、一重項励起子の比率は25%となるはずである。底面発光ランバート型OLEDのアウトカップリング効率は、約20%〜約25%であると考えられる。したがって、遅延蛍光等の更なる放射チャネルを有しないPLQYが30%である蛍光発光体については、電気的に発生する一重項励起子の統計比率25%に基づいて、最大EQEが2%を超えないはずである。したがって、発光体として化合物1等の式Iで表される化合物を含有するデバイスは、理論的限界を遥かに超えるEQEを示した。
デバイス2は、20重量%ドープされた化合物1と共にホストマトリクスとしてホスト1を用いて製造した。この場合、発光材料の自己消光が少ないことから、効率がより高くなる。デバイス2は、1,000ニットにおいて7.5%の外部量子効率、及び1,00ニットにおいて10%超の効率を実現する。ホスト1:化合物1(5重量%)のPLQYは、52%であると測定され、これは、高いデバイス効率とよく相関している。ホスト1における20重量%ドープされた化合物1のフィルムのPLQYは、自己消光に起因して52%を超えないはずである。このデバイスでも、EQEは、従来の蛍光デバイスの効率限界を遥かに超える。
他の材料との組合せ
有機発光デバイス中の特定の層に有用として本明細書において記述されている材料は、デバイス中に存在する多種多様な他の材料と組み合わせて使用され得る。例えば、本明細書において開示されている化合物は、多種多様なホスト、輸送層、ブロッキング層、注入層、電極、及び存在し得る他の層と併せて使用され得る。以下で記述又は参照される材料は、本明細書において開示されている化合物と組み合わせて有用となり得る材料の非限定的な例であり、当業者であれば、組み合わせて有用となり得る他の材料を特定するための文献を容易に閲覧することができる。
HIL/HTL:
本発明において使用される正孔注入/輸送材料は特に限定されず、その化合物が正孔注入/輸送材料として典型的に使用されるものである限り、任意の化合物を使用してよい。材料の例は、フタロシアニン又はポルフィリン誘導体;芳香族アミン誘導体;インドロカルバゾール誘導体;フッ化炭化水素を含有するポリマー;伝導性ドーパントを持つポリマー;PEDOT/PSS等の導電性ポリマー;ホスホン酸及びシラン誘導体等の化合物に由来する自己組織化モノマー;MoO等の金属酸化物誘導体;1,4,5,8,9,12−ヘキサアザトリフェニレンヘキサカルボニトリル等のp型半導体有機化合物;金属錯体、並びに架橋性化合物を含むがこれらに限定されない。
HIL又はHTL中に使用される芳香族アミン誘導体の例は、下記の一般構造:
を含むがこれらに限定されない。
ArからArのそれぞれは、ベンゼン、ビフェニル、トリフェニル、トリフェニレン、ナフタレン、アントラセン、フェナレン、フェナントレン、フルオレン、ピレン、クリセン、ペリレン、アズレン等の芳香族炭化水素環式化合物からなる群;ジベンゾチオフェン、ジベンゾフラン、ジベンゾセレノフェン、フラン、チオフェン、ベンゾフラン、ベンゾチオフェン、ベンゾセレノフェン、カルバゾール、インドロカルバゾール、ピリジルインドール、ピロロジピリジン、ピラゾール、イミダゾール、トリアゾール、オキサゾール、チアゾール、オキサジアゾール、オキサトリアゾール、ジオキサゾール、チアジアゾール、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、トリアジン、オキサジン、オキサチアジン、オキサジアジン、インドール、ベンズイミダゾール、インダゾール、インドキサジン、ベンゾオキサゾール、ベンズイソオキサゾール、ベンゾチアゾール、キノリン、イソキノリン、シンノリン、キナゾリン、キノキサリン、ナフチリジン、フタラジン、プテリジン、キサンテン、アクリジン、フェナジン、フェノチアジン、フェノキサジン、ベンゾフロピリジン、フロジピリジン、ベンゾチエノピリジン、チエノジピリジン、ベンゾセレノフェノピリジン及びセレノフェノジピリジン等の芳香族複素環式化合物からなる群;並びに芳香族炭化水素環式基及び芳香族複素環式基から選択される同じ種類又は異なる種類の基である2から10個の環式構造単位からなる群から選択され、且つ、直接的に、又は酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子、リン原子、ホウ素原子、鎖構造単位及び脂肪族環式基の少なくとも1つを介して、互いに結合している。ここで、各Arは、水素、重水素、ハロゲン化物、アルキル、シクロアルキル、ヘテロアルキル、アリールアルキル、アルコキシ、アリールオキシ、アミノ、シリル、アルケニル、シクロアルケニル、ヘテロアルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアリール、アシル、カルボニル、カルボン酸、エステル、ニトリル、イソニトリル、スルファニル、スルフィニル、スルホニル、ホスフィノ、及びそれらの組合せからなる群から選択される置換基によって更に置換されている。
一態様において、ArからArは、
からなる群から独立に選択される。
kは、1から20までの整数であり;X101からX108は、C(CHを含む)又はNであり;Z101は、NAr、O又はSであり;Arは、上記で定義したものと同じ基を有する。
HIL又はHTL中に使用される金属錯体の例は、下記の一般式:
を含むがこれに限定されない。
Metは、金属であり;(Y101−Y102)は二座配位子であり、Y101及びY102は、C、N、O、P及びSから独立に選択され;L101は他の配位子であり;k’は、1から金属に付着し得る配位子の最大数までの整数値であり;且つ、k’+k’’は、金属に付着し得る配位子の最大数である。
一態様において、(Y101−Y102)は2−フェニルピリジン誘導体である。
別の態様において、(Y101−Y102)はカルベン配位子である。
別の態様において、Metは、Ir、Pt、Os及びZnから選択される。
更なる態様において、金属錯体は、Fc/Fcカップルに対して、溶液中で約0.6V未満の最小酸化電位を有する。
ホスト:
本発明の有機ELデバイスの発光層は、発光材料として少なくとも金属錯体を含むことが好ましく、ドーパント材料として該金属錯体を用いるホスト材料を含んでもよい。ホスト材料の例は特に限定されず、ホストの三重項エネルギーがドーパントのものより大きい限り、任意の金属錯体又は有機化合物を使用してよい。以下の表では、種々の色を放出するデバイスに好ましいものとしてホスト材料を分類しているが、三重項の基準が満たされている限り、任意のホスト材料を任意のドーパントとともに使用してよい。
ホストとして使用される金属錯体の例は、下記の一般式:
を有することが好ましい。
Metは金属であり;(Y103−Y104)は二座配位子であり、Y103及びY104は、C、N、O、P及びSから独立に選択され;L101は他の配位子であり;k’は、1から金属に付着し得る配位子の最大数までの整数値であり;且つ、k’+k’’は、金属に付着し得る配位子の最大数である。
一態様において、金属錯体は、
である。
(O−N)は、原子O及びNに配位された金属を有する二座配位子である。
別の態様において、Metは、Ir及びPtから選択される。
更なる態様において、(Y103−Y104)はカルベン配位子である。
ホストとして使用される有機化合物の例は、ベンゼン、ビフェニル、トリフェニル、トリフェニレン、ナフタレン、アントラセン、フェナレン、フェナントレン、フルオレン、ピレン、クリセン、ペリレン、アズレン等の芳香族炭化水素環式化合物からなる群;ジベンゾチオフェン、ジベンゾフラン、ジベンゾセレノフェン、フラン、チオフェン、ベンゾフラン、ベンゾチオフェン、ベンゾセレノフェン、カルバゾール、インドロカルバゾール、ピリジルインドール、ピロロジピリジン、ピラゾール、イミダゾール、トリアゾール、オキサゾール、チアゾール、オキサジアゾール、オキサトリアゾール、ジオキサゾール、チアジアゾール、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、トリアジン、オキサジン、オキサチアジン、オキサジアジン、インドール、ベンズイミダゾール、インダゾール、インドキサジン、ベンゾオキサゾール、ベンズイソオキサゾール、ベンゾチアゾール、キノリン、イソキノリン、シンノリン、キナゾリン、キノキサリン、ナフチリジン、フタラジン、プテリジン、キサンテン、アクリジン、フェナジン、フェノチアジン、フェノキサジン、ベンゾフロピリジン、フロジピリジン、ベンゾチエノピリジン、チエノジピリジン、ベンゾセレノフェノピリジン及びセレノフェノジピリジン等の芳香族複素環式化合物からなる群;並びに芳香族炭化水素環式基及び芳香族複素環式基から選択される同じ種類又は異なる種類の基である2から10個の環式構造単位からなる群から選択され、且つ、直接的に、又は酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子、リン原子、ホウ素原子、鎖構造単位及び脂肪族環式基の少なくとも1つを介して、互いに結合している。ここで、各基は、水素、重水素、ハロゲン化物、アルキル、シクロアルキル、ヘテロアルキル、アリールアルキル、アルコキシ、アリールオキシ、アミノ、シリル、アルケニル、シクロアルケニル、ヘテロアルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアリール、アシル、カルボニル、カルボン酸、エステル、ニトリル、イソニトリル、スルファニル、スルフィニル、スルホニル、ホスフィノ、及びそれらの組合せからなる群から選択される置換基によって更に置換されている。
一態様において、ホスト化合物は、分子中に下記の群:
の少なくとも1つを含有する。
101からR107は、水素、重水素、ハロゲン化物、アルキル、シクロアルキル、ヘテロアルキル、アリールアルキル、アルコキシ、アリールオキシ、アミノ、シリル、アルケニル、シクロアルケニル、ヘテロアルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアリール、アシル、カルボニル、カルボン酸、エステル、ニトリル、イソニトリル、スルファニル、スルフィニル、スルホニル、ホスフィノ、及びそれらの組合せからなる群から独立に選択され、それがアリール又はヘテロアリールである場合、上記で言及したArのものと同様の定義を有する。
kは0から20までの整数であり;k’’’は0から20までの整数である。
101からX108はC(CHを含む)又はNから選択される。Z101及びZ102はNR101、O又はSから選択される。
HBL:
正孔ブロッキング層(HBL)を使用して、発光層から出る正孔及び/又は励起子の数を低減させることができる。デバイスにおけるそのようなブロッキング層の存在は、ブロッキング層を欠く同様のデバイスと比較して大幅に高い効率をもたらし得る。また、ブロッキング層を使用して、発光をOLEDの所望の領域に制限することもできる。
一態様において、HBL中に使用される化合物は、上述したホストとして使用されるものと同じ分子又は同じ官能基を含有する。
別の態様において、HBL中に使用される化合物は、分子中に下記の群:
の少なくとも1つを含有する。
kは0から20までの整数であり;L101は他の配位子であり、mは1から3までの整数である。
電子輸送層(ETL)は、電子を輸送することができる材料を含み得る。電子輸送層は、真性である(ドープされていない)か、又はドープされていてよい。ドーピングを使用して、伝導性を増強することができる。ETL材料の例は特に限定されず、電子を輸送するために典型的に使用されるものである限り、任意の金属錯体又は有機化合物を使用してよい。
一態様において、ETL中に使用される化合物は、分子中に下記の群:
の少なくとも1つを含有する。
101は、水素、重水素、ハロゲン化物、アルキル、シクロアルキル、ヘテロアルキル、アリールアルキル、アルコキシ、アリールオキシ、アミノ、シリル、アルケニル、シクロアルケニル、ヘテロアルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアリール、アシル、カルボニル、カルボン酸、エステル、ニトリル、イソニトリル、スルファニル、スルフィニル、スルホニル、ホスフィノ、及びそれらの組合せからなる群から選択され、それがアリール又はヘテロアリールである場合、上記で言及したArのものと同様の定義を有する。
ArからArは、上記で言及したArのものと同様の定義を有する。
kは1から20までの整数である。
101からX108はC(CHを含む)又はNから選択される。
別の態様において、ETL中に使用される金属錯体は、下記の一般式:
を含有するがこれらに限定されない。
(O−N)又は(N−N)は、原子O、N又はN、Nに配位された金属を有する二座配位子であり;L101は他の配位子であり;mは、1から金属に付着し得る配位子の最大数までの整数値である。
OLEDデバイスの各層中に使用される任意の上記で言及した化合物において、水素原子は、部分的に又は完全に重水素化されていてよい。故に、メチル、フェニル、ピリジル等であるがこれらに限定されない任意の具体的に挙げられている置換基は、それらの重水素化されていない、部分的に重水素化された、及び完全に重水素化されたバージョンを包含する。同様に、アルキル、アリール、シクロアルキル、ヘテロアリール等であるがこれらに限定されない置換基のクラスは、それらの重水素化されていない、部分的に重水素化された、及び完全に重水素化されたバージョンも包含する。
本明細書において開示されている材料に加えて及び/又はそれらと組み合わせて、多くの正孔注入材料、正孔輸送材料、ホスト材料、ドーパント材料、励起子/正孔ブロッキング層材料、電子輸送及び電子注入材料がOLEDにおいて使用され得る。OLED中で本明細書において開示されている材料と組み合わせて使用され得る材料の非限定的な例を、以下の表2に収載する。表2は、材料の非限定的なクラス、各クラスについての化合物の非限定的な例、及び該材料を開示している参考文献を収載する。
本明細書において記述されている種々の実施形態は、単なる一例としてのものであり、本発明の範囲を限定することを意図するものではないことが理解される。例えば、本明細書において記述されている材料及び構造の多くは、本発明の趣旨から逸脱することなく、他の材料及び構造に置き換えることができる。したがって、特許請求されている通りの本発明は、当業者には明らかとなるように、本明細書において記述されている特定の例及び好ましい実施形態からの変形形態を含み得る。なぜ本発明が作用するのかについての種々の理論は限定を意図するものではないことが理解される。
米国特許第5,844,363号明細書 米国特許第6,303,238号明細書 米国特許第5,707,745号明細書 米国特許第7,279,704号明細書
100 有機発光デバイス
110 基板
115 アノード
120 正孔注入層
125 正孔輸送層
130 電子ブロッキング層
135 発光層
140 正孔ブロッキング層
145 電子輸送層
150 電子注入層
155 保護層
160 カソード
162 第一の導電層
164 第二の導電層
200 反転させたOLED、デバイス
210 基板
215 カソード
220 発光層
225 正孔輸送層
230 アノード

Claims (14)

  1. 第1の有機発光デバイスを含む第1のデバイスであって、
    アノードと、カソードと、前記アノードと前記カソードとの間に配置された、第1の発光ドーパントと第1のリン光発光材料を含む発光層とを更に含み、
    前記第1のデバイスが、前記第1の有機発光デバイスに電圧が印加されたときに室温で白色光を発するものであり、
    前記第1の発光ドーパントが、約530nm〜約580nmにピーク波長を有する黄色光を発するものであり、
    前記第1の発光ドーパントは、下記の式を有する化合物を含むこと特徴とする第1のデバイス。
    (式中、R及びRは、モノ−、ジ−、トリ置換又は無置換であることを表し;
    及びRは、モノ−、ジ−、トリ−、テトラ置換又は無置換であることを表し;
    、R、R、及びRは、独立して、水素、重水素、ハライド、アルキル、シクロアルキル、ヘテロアルキル、アリールアルキル、アルコキシ、アリールオキシ、アミノ、シリル、アルケニル、シクロアルケニル、ヘテロアルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアリール、アシル、カルボニル、カルボン酸、エステル、ニトリル、イソニトリル、スルファニル、スルフィニル、スルフォニル、ホスフィノ及びこれらの組み合わせからなる群から選択され;
    Ar、Ar、及びArは、独立して、アリール又はヘテロアリールから選択され、更に置換されていてもよく;
    XはC又はNである。)
    (但し、前記第1の発光ドーパントが、下記の化合物[44]、[45]、[50]、[59]、[60]、[65]、及び[224]からなる群から選択される化合物である場合を除く。)
  2. 第1の発光ドーパントが、遅延蛍光発光ドーパントである請求項1に記載の第1のデバイス。
  3. Ar、Ar、及びArが、更に置換されている請求項1に記載の第1のデバイス。
  4. Ar、Ar、及びArが、独立して、水素、アルキル、アルコキシ、アミノ、アルケニル、アルキニル、アリール、及びヘテロアリールからなる群から選択される置換基で更に置換されている(但し、前記置換基は、Ar、Ar、及びArに直接縮合したアリール又はヘテロアリールではない)請求項1に記載の第1のデバイス。
  5. Ar及びArが、独立して、フェニル、ピリジン、及びナフタレンからなる群から選択される請求項1に記載の第1のデバイス。
  6. Arが、フェニル、ビフェニル、ジベンゾフラン、及びジベンゾチオフェンからなる群から選択される請求項1に記載の第1のデバイス。
  7. 、R、R、及びRが、水素である請求項1に記載の第1のデバイス。
  8. 化合物が、下記の化合物から化合物90、及び化合物92から化合物184からなる群から選択される請求項1に記載の第1のデバイス。
  9. 発光層がホスト化合物を更に含む請求項1に記載の第1のデバイス。
  10. 発光層が第2のリン光発光材料を更に含む請求項1に記載の第1のデバイス。
  11. 第2の有機発光デバイスを含み;
    前記第2の有機発光デバイスが第1の有機発光デバイスに積層されている請求項1に記載の第1のデバイス。
  12. 消費者製品である請求項1に記載の第1のデバイス。
  13. 有機発光デバイスである請求項1に記載の第1のデバイス。
  14. 照明パネルである請求項1に記載の第1のデバイス。
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