(57)【要約】  有機発光デバイスが提供される。デバイスは、アノード、カソードおよびアノードとカソードとの間に配置された発光層を有する。発光層は、構造:[式中、Mは40を超える原子量を有する金属であり;R3'はアルキル、ヘテロアルキル、アリール、ヘテロアリール、およびアラルキルからなる群から選択された置換基であり、R3'は1以上の置換基Zによって、任意選択で置換されていてもよく;R5はアリールおよびヘテロアリールからなる群から選択された置換基であり、前記アリールまたはヘテロアリールは、置換されていないか、または任意選択で、1以上の非芳香族基によって置換されており;環Aは、金属Mに対して配位される少なくとも1つの窒素原子を有する芳香族複素環式または縮合芳香族複素環式環であり、環Aは1以上の置換基Zによって、任意選択で置換されていることができ;R3は、H、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルキルアリール、CN、CF3、CnF2n+1、トリフルオロビニル、CO2R、C(O)R、NR2、OR、ハロ、アリール、ヘテロアリール、置換されたアリール、置換されたヘテロアリールまたは複素環式基からなる群から選択された置換基であり;R4は、H、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルキルアリール、CN、CF3、CnF2n+1、トリフルオロビニル、CO2R、C(O)R、NR2、NO2、OR、ハロ、アリール、ヘテロアリール、置換されたアリール、置換されたヘテロアリールまたは複素環式基からなる群から選択された置換基であり;加えてまたは代わりに、R3およびR4は一緒になって、独立に縮合4〜7員環式基を形成し、前記環式基は、シクロアルキル、シクロへテロアルキル、アリール、またはヘテロアリールであり;前記環式基は、1以上の置換基Zによって、任意選択で置換されていてもよく;R6は、H、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルキルアリール、CN、CF3、CnF2n+1、トリフルオロビニル、CO2R、C(O)R、NR2、NO2、OR、ハロ、アリール、ヘテロアリール、置換されたアリール、置換されたヘテロアリールまたは複素環式基からなる群から選択された置換基であり;あるいは、R3'およびR6は、-CR2-CR2-、-CR=CR-、-CR2-、-O-、-NR-CR2-および-N=CR-から選択された基によって架橋されていてもよく;それぞれのRは、独立に、H、アルキル、アルケニル、アルキニル、ヘテロアルキル、アリール、ヘテロアリール、またはアラルキルであり;Rは1以上の置換基Zによって、任意選択で置換されており;それぞれのZは独立に、ハロゲン、R'、O-R'、N(R)'、SR'、C(O)R'、C(O)R'、C(O)N(R')2、CN、NO2、SO2、SOR'、SO2R'、SO3R'であり;それぞれのR'は、独立に、H、アルキル、ペルハロアルキル、アルケニル、アルキニル、ヘテロアルキル、アリール、またはヘテロアリールであり;(X-Y)は、補助配位子であり;mは、1から、金属に結合しうる配位子の最大数までの値であり;m+nは、金属に結合しうる配位子の最大数である。]を有する発光材料をさらに含む。また、発光材料自体も提供される。発光材料は、発光デバイスに組み込まれた場合、改善された効率および安定性を有することができる。加えて、本発明のデバイスは、改善された量子効率を示すことが予測される。
2007522126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記構造を有する化合物。
【化１】
2007522126.tif 000040
[式中、
Mは40を超える原子量を有する金属であり;
R3'はアルキル、ヘテロアルキル、アリール、ヘテロアリール、およびアラルキルからなる群から選択された置換基であり、R3'は1以上の置換基Zによって、任意選択で置換されていてもよく;
R5はアリールおよびヘテロアリールからなる群から選択された置換基であり、前記アリールまたはヘテロアリールは、置換されていないか、または任意選択で、1以上の非芳香族基によって置換されており;
環Aは、前記金属Mに対して配位される少なくとも1つの窒素原子を有する芳香族複素環式または縮合芳香族複素環式環であり、環Aは1以上の置換基Zによって、任意選択で置換されていることができ;
R3は、H、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルキルアリール、CN、CF3、CnF2n+1、トリフルオロビニル、CO2R、C(O)R、NR2、NO2、OR、ハロ、アリール、ヘテロアリール、置換されたアリール、置換されたヘテロアリールまたは複素環式基からなる群から選択された置換基であり;
R4は、H、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルキルアリール、CN、CF3、CnF2n+1、トリフルオロビニル、CO2R、C(O)R、NR2、NO2、OR、ハロ、アリール、ヘテロアリール、置換されたアリール、置換されたヘテロアリールまたは複素環式基からなる群から選択された置換基であり;
加えてまたは代わりに、R3およびR4は一緒になって、独立に縮合4〜7員環式基を形成し、前記環式基は、シクロアルキル、シクロへテロアルキル、アリール、またはヘテロアリールであり;前記環式基は、1以上の置換基Zによって、任意選択で置換されていてもよく;
R6は、H、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルキルアリール、CN、CF3、CnF2n+1、トリフルオロビニル、CO2R、C(O)R、NR2、NO2、OR、ハロ、アリール、ヘテロアリール、置換されたアリール、置換されたヘテロアリールまたは複素環式基からなる群から選択された置換基であり;
あるいは、R3'およびR6は、-CR2-CR2-、-CR=CR-、-CR2-、-O-、-NR-、-O-CR2-、-NR-CR2-および-N=CR-から選択された基によって架橋されていてもよく;
それぞれのRは、独立に、H、アルキル、アルケニル、アルキニル、ヘテロアルキル、アリール、ヘテロアリール、またはアラルキルであり;Rは1以上の置換基Zによって、任意選択で置換されていてもよく;
それぞれのZは独立に、ハロゲン、R'、O-R'、N(R')2、SR'、C(O)R'、C(O)OR'、C(O)N(R')2、CN、NO2、SO2、SOR'、SO2R'、またはSO3R'であり;
それぞれのR'は、独立に、H、アルキル、ペルハロアルキル、アルケニル、アルキニル、ヘテロアルキル、アリール、またはヘテロアリールであり;
(X-Y)は、補助配位子であり;
mは、1から、前記金属に結合しうる配位子の最大数までの値であり;
m+nは、前記金属に結合しうる配位子の最大数である。]
【請求項２】
下記構造を有する請求項1に記載の化合物。
【化２】
2007522126.tif 000041
[式中、
R4'、R5'、およびR6'は、それぞれ独立に、H、アルキル、アルケニル、アルキニル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、ヘテロアルキル、アリール、ヘテロアリール、アラルキルであり;R4'、R5'、およびR6'は、1以上の置換基Zにより、任意選択で置換されていてもよく;
加えてまたは代わりに、R4'およびR5'、またはR5'およびR6'、またはR3およびR4のいずれか1以上は一緒になって、独立に縮合4〜7員環式基を形成し、前記環式基は、シクロアルキル、シクロへテロアルキル、アリール、またはヘテロアリールであり;前記環式基は1以上の置換基Zにより、任意選択で置換されていてもよく;
加えてまたは代わりに、R3'およびR6は、式:-CR2-CR2-、-CR=CR-、-CR2-、-O-、-NR-、-O-CR2-、-NR-CR2-、-N=CR-を有する基によって連結されており、Rは、H、アルキル、アリール、およびアラルキルからなる群から選択される。]
【請求項３】
下記構造を有する請求項2に記載の化合物。
【化３】
2007522126.tif 000042
【請求項４】
下記構造を有する請求項2に記載の化合物。
【化４】
2007522126.tif 000043
【請求項５】
下記構造を有する請求項2に記載の化合物。
【化５】
2007522126.tif 000044
【請求項６】
R5が、置換されているかまたは置換されていないフェニル、ナフチルまたはピリジルである請求項2に記載の化合物。
【請求項７】
R5がフェニルである請求項6に記載の化合物。
【請求項８】
R3'がメチル基である請求項6に記載の化合物。
【請求項９】
下記構造を有する請求項2に記載の化合物。
【化６】
2007522126.tif 000045
[式中、R5'およびR6'はHであり、加えてまたは代わりに、一緒になって縮合4〜7員環式基を形成し、前記環式基はシクロアルキル、シクロへテロアルキル、アリール、またはヘテロアリールである。]
【請求項１０】
Mが、Ir、Pt、Pd、Rh、Re、Ru、Os、Tl、Pb、Bi、In、Sn、Sb、Te、AuおよびAgからなる群から選択される請求項9に記載の化合物。
【請求項１１】
MがIrである請求項10に記載の化合物。
【請求項１２】
下記構造を有する請求項11に記載の化合物。
【化７】
2007522126.tif 000046
【請求項１３】
下記構造を有する請求項12に記載の化合物。
【化８】
2007522126.tif 000047
【請求項１４】
下記構造を有する、mが3であり、nがゼロである、請求項13に記載の化合物。
【化９】
2007522126.tif 000048
【請求項１５】
mが2であり、nが1である請求項13に記載の化合物。
【請求項１６】
下記構造を有する請求項15に記載の化合物。
【化１０】
2007522126.tif 000049
【請求項１７】
下記構造を有する請求項11に記載の化合物。
【化１１】
2007522126.tif 000050
【請求項１８】
下記構造を有する請求項17に記載の化合物。
【化１２】
2007522126.tif 000051
【請求項１９】
下記構造を有する、mが3であり、nがゼロである、請求項18に記載の化合物。
【化１３】
2007522126.tif 000052
【請求項２０】
mは2であり、nは1である請求項18に記載の化合物。
【請求項２１】
下記構造を有する請求項20に記載の化合物。
【化１４】
2007522126.tif 000053
【請求項２２】
下記構造を有する配位子を含む化合物。
【化１５】
2007522126.tif 000054
[式中、
Mは40を超える原子量を有する金属であり;
R3'はアルキル、ヘテロアルキル、アリール、ヘテロアリール、およびアラルキルからなる群から選択された置換基であり、R3'は1以上の置換基Zによって、任意選択で置換されていてもよく;
R5はアリールおよびヘテロアリールからなる群から選択された置換基であり、前記アリールまたはヘテロアリールは、置換されていないか、または任意選択で、1以上の非芳香族基によって置換されており;
環Aは、前記金属Mに対して配位される少なくとも1つの窒素原子を有する芳香族複素環式または縮合芳香族複素環式環であり、環Aは1以上の置換基Zによって、任意選択で置換されていることができ;
R3は、H、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルキルアリール、CN、CF3、CnF2n+1、トリフルオロビニル、CO2R、C(O)R、NR2、NO2、OR、ハロ、アリール、ヘテロアリール、置換されたアリール、置換されたヘテロアリールまたは複素環式基からなる群から選択された置換基であり;
R4は、H、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルキルアリール、CN、CF3、CnF2n+1、トリフルオロビニル、CO2R、C(O)R、NR2、NO2、OR、ハロ、アリール、ヘテロアリール、置換されたアリール、置換されたヘテロアリールまたは複素環式基からなる群から選択された置換基であり;
加えてまたは代わりに、R3およびR4は一緒になって、独立に縮合4〜7員環式基を形成し、前記環式基は、シクロアルキル、シクロへテロアルキル、アリール、またはヘテロアリールであり;前記環式基は、1以上の置換基Zによって、任意選択で置換されていてもよく;
R6は、H、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルキルアリール、CN、CF3、CnF2n+1、トリフルオロビニル、CO2R、C(O)R、NR2、NO2、OR、ハロ、アリール、ヘテロアリール、置換されたアリール、置換されたヘテロアリールまたは複素環式基からなる群から選択された置換基であり;
あるいは、R3'およびR6は、-CR2-CR2-、-CR=CR-、-CR2-、-O-、-NR-、-O-CR2-、-NR-CR2-および-N=CR-から選択された基によって架橋されていてもよく;
それぞれのRは、独立に、H、アルキル、アルケニル、アルキニル、ヘテロアルキル、アリール、ヘテロアリール、またはアラルキルであり;Rは1以上の置換基Zによって、任意選択で置換されていてもよく;
それぞれのZは独立に、ハロゲン、R'、O-R'、N(R')2、SR'、C(O)R'、C(O)OR'、C(O)N(R')2、CN、NO2、SO2、SOR'、SO2R'、またはSO3R'であり;
それぞれのR'は、独立に、H、アルキル、ペルハロアルキル、アルケニル、アルキニル、ヘテロアルキル、アリール、またはヘテロアリールである。]
【請求項２３】
前記配位子が下記の構造を有する請求項22に記載の化合物。
【化１６】
2007522126.tif 000055
[式中、
R4'、R5'、およびR6'は、それぞれ独立に、H、アルキル、アルケニル、アルキニル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、ヘテロアルキル、アリール、ヘテロアリール、アラルキルであり;R4'、R5'、およびR6'は、1以上の置換基Zにより、任意選択で置換されていてもよく;
加えてまたは代わりに、R4'およびR5'、またはR5'およびR6'、またはR3およびR4のいずれか1以上は一緒になって、独立に縮合4〜7員環式基を形成し、前記環式基は、シクロアルキル、シクロへテロアルキル、アリール、またはヘテロアリールであり;前記環式基は1以上の置換基Zにより、任意選択で置換されていてもよく;
加えてまたは代わりに、R3'およびR6は、式:-CR2-CR2-、-CR=CR-、-CR2-、-O-、-NR-、-O-CR2-、-NR-CR2-、-N=CR-を有する基によって連結され、Rは、H、アルキル、アリール、およびアラルキルからなる群から選択される。]
【請求項２４】
前記配位子が下記の構造を有する請求項23に記載の化合物。
【化１７】
2007522126.tif 000056
【請求項２５】
前記配位子が下記の構造を有する請求項23に記載の化合物。
【化１８】
2007522126.tif 000057
【請求項２６】
前記配位子が下記の構造を有する請求項23に記載の化合物。
【化１９】
2007522126.tif 000058
【請求項２７】
R5が置換されているかまたは置換されていないフェニル、ナフチルまたはピリジルである請求項23に記載の化合物。
【請求項２８】
R5がフェニルである請求項27に記載の化合物。
【請求項２９】
R3'がメチル基である請求項27に記載の化合物。
【請求項３０】
前記配位子が下記の構造を有する請求項23に記載の化合物。
【化２０】
2007522126.tif 000059
[式中、R5'およびR6'はHであり、および加えてまたは代わりに、一緒になって縮合4〜7員環式基を形成し、前記環式基は、シクロアルキル、シクロヘテロアルキル、アリール、またはヘテロアリールである。]
【請求項３１】
前記配位子が下記の構造を有する請求項30に記載の化合物。
【化２１】
2007522126.tif 000060
【請求項３２】
前記配位子が下記の構造を有する請求項31に記載の化合物。
【化２２】
2007522126.tif 000061
【請求項３３】
前記配位子が下記の構造を有する請求項30に記載の化合物。
【化２３】
2007522126.tif 000062
【請求項３４】
前記配位子が下記の構造を有する請求項33に記載の化合物。
【化２４】
2007522126.tif 000063
【請求項３５】
(a)アノード;
(b)カソード;および
(c)前記アノードおよび前記カソードの間に配置された発光層を含み、
前記発光層が、下記の構造を有する発光材料をさらに含む、有機発光デバイス。
【化２５】
2007522126.tif 000064
[式中、
Mは40を超える原子量を有する金属であり;
R3'はアルキル、ヘテロアルキル、アリール、ヘテロアリール、およびアラルキルからなる群から選択された置換基であり、R3'は1以上の置換基Zによって、任意選択で置換されていてもよく;
R5はアリールおよびヘテロアリールからなる群から選択された置換基であり、前記アリールまたはヘテロアリールは、置換されていないか、または任意選択で、1以上の非芳香族基によって置換されており;
環Aは、前記金属Mに対して配位される少なくとも1つの窒素原子を有する芳香族複素環式または縮合芳香族複素環式環であり、環Aは1以上の非芳香族基によって、任意選択で置換されていることができ;
R3は、H、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルキルアリール、CN、CF3、CnF2n+1、トリフルオロビニル、CO2R、C(O)R、NR2、NO2、OR、ハロ、アリール、ヘテロアリール、置換されたアリール、置換されたヘテロアリールまたは複素環式基からなる群から選択された置換基であり;
R4は、H、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルキルアリール、CN、CF3、CnF2n+1、トリフルオロビニル、CO2R、C(O)R、NR2、NO2、OR、ハロ、アリール、ヘテロアリール、置換されたアリール、置換されたヘテロアリールまたは複素環式基からなる群から選択された置換基であり;
加えてまたは代わりに、R3およびR4は一緒になって、独立に縮合4〜7員環式基を形成し、前記環式基は、シクロアルキル、シクロへテロアルキル、アリール、またはヘテロアリールであり;前記環式基は、1以上の置換基Zによって、任意選択で置換されていてもよく;
R6は、H、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルキルアリール、CN、CF3、CnF2n+1、トリフルオロビニル、CO2R、C(O)R、NR2、NO2、OR、ハロ、アリール、ヘテロアリール、置換されたアリール、置換されたヘテロアリールまたは複素環式基からなる群から選択された置換基であり;
あるいは、R3'およびR6は、-CR2-CR2-、-CR=CR-、-CR2-、-O-、-NR-、-O-CR2-、-NR-CR2-および-N=CR-から選択された基によって架橋されていてもよく;
それぞれのRは、独立に、H、アルキル、アルケニル、アルキニル、ヘテロアルキル、アリール、ヘテロアリール、またはアラルキルであり;Rは1以上の置換基Zによって、任意選択で置換されていてもよく;
それぞれのZは独立に、ハロゲン、R'、O-R'、N(R')2、SR'、C(O)R'、C(O)OR'、C(O)N(R')2、CN、NO2、SO2、SOR'、SO2R'、またはSO3R'であり;
それぞれのR'は、独立に、H、アルキル、ペルハロアルキル、アルケニル、アルキニル、ヘテロアルキル、アリール、またはヘテロアリールであり;
(X-Y)は、補助配位子であり;
mは、1から、前記金属に結合しうる配位子の最大数までの値であり;
m+nは、前記金属に結合しうる配位子の最大数である。]
【請求項３６】
前記化合物が下記の構造を有する請求項35に記載のデバイス。
【化２６】
2007522126.tif 000065
[式中、
R4'、R5'、およびR6'は、それぞれ独立に、H、アルキル、アルケニル、アルキニル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、ヘテロアルキル、アリール、ヘテロアリール、アラルキルであり;R4'、R5'、およびR6'は、1以上の置換基Zにより、任意選択で置換されていてもよく;
加えてまたは代わりに、R4'およびR5'、またはR5'およびR6'、またはR3およびR4のいずれか1以上は一緒になって、独立に縮合4〜7員環式基を形成し、前記環式基は、シクロアルキル、シクロへテロアルキル、アリール、またはヘテロアリールであり;前記環式基は1以上の置換基Zにより、任意選択で置換されていてもよく;
加えてまたは代わりに、R3'およびR6は、式:-CR2-CR2-、-CR=CR-、-CR2-、-O-、-NR-、-O-CR2-、-NR-CR2-、-N=CR-を有する基によって連結され、Rは、H、アルキル、アリール、およびアラルキルからなる群から選択される。]
【請求項３７】
前記化合物が下記の構造を有する請求項36に記載のデバイス。
【化２７】
2007522126.tif 000066
【請求項３８】
前記化合物が下記の構造を有する請求項36に記載のデバイス。
【化２８】
2007522126.tif 000067
【請求項３９】
前記化合物が下記の構造を有する請求項36に記載のデバイス。
【化２９】
2007522126.tif 000068
【請求項４０】
R5が置換されているかまたは置換されていないフェニル、ナフチルまたはピリジルである請求項36に記載のデバイス。
【請求項４１】
R5はフェニルである請求項40に記載のデバイス。
【請求項４２】
R'3はメチル基である請求項40に記載のデバイス。
【請求項４３】
前記化合物が下記の構造を有する請求項36に記載のデバイス。
【化３０】
2007522126.tif 000069
[式中、R5'およびR6'はHであり、および加えてまたは代わりに、一緒になって縮合4〜7員環式基を形成し、前記環式基は、シクロアルキル、シクロヘテロアルキル、アリール、またはヘテロアリールである。]
【請求項４４】
Mが、Ir、Pt、Pd、Rh、Re、Ru、Os、Tl、Pb、Bi、In、Sn、Sb、Te、AuおよびAgからなる群から選択される請求項43に記載のデバイス。
【請求項４５】
MがIrである請求項44に記載のデバイス。
【請求項４６】
前記化合物が下記の構造を有する請求項45に記載のデバイス。
【化３１】
2007522126.tif 000070
【請求項４７】
前記化合物が下記の構造を有する請求項46に記載のデバイス。
【化３２】
2007522126.tif 000071
【請求項４８】
前記化合物が下記の構造を有する、mが3であり、nがゼロである、請求項47に記載のデバイス。
【化３３】
2007522126.tif 000072
【請求項４９】
mは2であり、nは1である請求項47に記載のデバイス。
【請求項５０】
下記の構造を有する請求項49に記載のデバイス。
【化３４】
2007522126.tif 000073
【請求項５１】
下記の構造を有する請求項45に記載のデバイス。
【化３５】
2007522126.tif 000074
【請求項５２】
前記化合物が下記の構造を有する請求項51に記載のデバイス。
【化３６】
2007522126.tif 000075
【請求項５３】
前記化合物が下記の構造を有する、mが3であり、nがゼロである、請求項52に記載のデバイス。
【化３７】
2007522126.tif 000076
【請求項５４】
mが2であり、nが1である請求項52に記載のデバイス。
【請求項５５】
下記の構造を有する請求項54に記載のデバイス。
【化３８】
2007522126.tif 000077
【請求項５６】
前記デバイスが消費者製品に組み込まれている、請求項35に記載のデバイス。
【請求項５７】
(a)アノード;
(b)カソード;および
(c)前記アノードおよび前記カソードの間に配置された発光層、を含み、
前記発光層が、下記の構造をもつ配位子を有する発光材料をさらに含む、有機発光デバイス。
【化３９】
2007522126.tif 000078
[式中、
Mは40を超える原子量を有する金属であり;
R3'はアルキル、ヘテロアルキル、アリール、ヘテロアリール、およびアラルキルからなる群から選択された置換基であり、R3'は1以上の置換基Zによって、任意選択で置換されていてもよく;
R5はアリールおよびヘテロアリールからなる群から選択された置換基であり、前記アリールまたはヘテロアリールは、置換されていないか、または任意選択で、1以上の非芳香族基によって置換されており;
環Aは、前記金属Mに対して配位される少なくとも1つの窒素原子を有する芳香族複素環式または縮合芳香族複素環式環であり、環Aは1以上の置換基Zによって、任意選択で置換されていることができ;
R3は、H、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルキルアリール、CN、CF3、CnF2n+1、トリフルオロビニル、CO2R、C(O)R、NR2、NO2、OR、ハロ、アリール、ヘテロアリール、置換されたアリール、置換されたヘテロアリールまたは複素環式基からなる群から選択された置換基であり;
R4は、H、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルキルアリール、CN、CF3、CnF2n+1、トリフルオロビニル、CO2R、C(O)R、NR2、NO2、OR、ハロ、アリール、ヘテロアリール、置換されたアリール、置換されたヘテロアリールまたは複素環式基からなる群から選択された置換基であり;
加えてまたは代わりに、R3およびR4は一緒になって、独立に縮合4〜7員環式基を形成し、前記環式基は、シクロアルキル、シクロへテロアルキル、アリール、またはヘテロアリールであり;前記環式基は、1以上の置換基Zによって、任意選択で置換されていてもよく;
R6は、H、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルキルアリール、CN、CF3、CnF2n+1、トリフルオロビニル、CO2R、C(O)R、NR2、NO2、OR、ハロ、アリール、ヘテロアリール、置換されたアリール、置換されたヘテロアリールまたは複素環式基からなる群から選択された置換基であり;
あるいは、R3'およびR6は、-CR2-CR2-、-CR=CR-、-CR2-、-O-、-NR-、-O-CR2-、-NR-CR2-および-N=CR-から選択された基によって架橋されていてもよく;
それぞれのRは、独立に、H、アルキル、アルケニル、アルキニル、ヘテロアルキル、アリール、ヘテロアリール、またはアラルキルであり;Rは1以上の置換基Zによって、任意選択で置換されていてもよく;
それぞれのZは独立に、ハロゲン、R'、O-R'、N(R')2、SR'、C(O)R'、C(O)OR'、C(O)N(R')2、CN、NO2、SO2、SOR'、SO2R'、またはSO3R'であり;
それぞれのR'は、独立に、H、アルキル、ペルハロアルキル、アルケニル、アルキニル、ヘテロアルキル、アリール、またはヘテロアリールである。]
【請求項５８】
前記配位子が下記の構造を有する請求項57に記載のデバイス。
【化４０】
2007522126.tif 000079
[式中、
R4'、R5'、およびR6'は、それぞれ独立に、H、アルキル、アルケニル、アルキニル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、ヘテロアルキル、アリール、ヘテロアリール、アラルキルであり;R4'、R5'、およびR6'は、1以上の置換基Zにより、任意選択で置換されていてもよく;
加えてまたは代わりに、R4'およびR5'、またはR5'およびR6'、またはR3およびR4のいずれか1以上は一緒になって、独立に縮合4〜7員環式基を形成し、前記環式基は、シクロアルキル、シクロへテロアルキル、アリール、またはヘテロアリールであり;前記環式基は1以上の置換基Zにより、任意選択で置換されていてもよく;
加えてまたは代わりに、R3'およびR6は、式:-CR2-CR2-、-CR=CR-、-CR2-、-O-、-NR-、-O-CR2-、-NR-CR2-、-N=CR-を有する基によって連結され、Rは、H、アルキル、アリール、およびアラルキルからなる群から選択される。]
【請求項５９】
前記配位子が下記の構造を有する請求項58に記載のデバイス。
【化４１】
2007522126.tif 000080
【請求項６０】
前記配位子が下記の構造を有する請求項58に記載のデバイス。
【化４２】
2007522126.tif 000081
【請求項６１】
前記配位子が下記の構造を有する請求項58に記載のデバイス。
【化４３】
2007522126.tif 000082
【請求項６２】
R5が置換されているかまたは置換されていないフェニル、ナフチルまたはピリジルである請求項58に記載のデバイス。
【請求項６３】
R5がフェニルである請求項62に記載のデバイス。
【請求項６４】
R'3がメチル基である請求項62に記載のデバイス。
【請求項６５】
前記配位子が下記の構造を有する請求項58に記載のデバイス。
【化４４】
2007522126.tif 000083
[式中、R5'およびR6'はHであり、および加えてまたは代わりに、一緒になって縮合4〜7員環式基を形成し、前記環式基は、シクロアルキル、シクロヘテロアルキル、アリール、またはヘテロアリールである。]
【請求項６６】
前記配位子が下記の構造を有する請求項65に記載のデバイス。
【化４５】
2007522126.tif 000084
【請求項６７】
前記配位子が下記の構造を有する請求項66に記載のデバイス。
【化４６】
2007522126.tif 000085
【請求項６８】
前記配位子が下記の構造を有する請求項65に記載のデバイス。
【化４７】
2007522126.tif 000086
【請求項６９】
前記配位子が下記の構造を有する請求項68に記載のデバイス。
【化４８】
2007522126.tif 000087
【請求項７０】
前記デバイスが、消費者製品に組み込まれる請求項57に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機発光デバイス(OLED)に関し、より詳しくは、このようなデバイスに使用される燐光有機材料に関する。さらに詳しくは、本発明は、OLED内に組み込まれた場合、改善された電界発光安定性を有する燐光発光材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機材料を利用するオプトエレクトロニクスデバイスは、多くの理由からますます望ましくなってきている。そうしたデバイスを製造するために使用される材料の多くは、比較的高価であり、それで、有機オプトエレクトロニクスデバイスは、無機のデバイスよりもコスト的に有利な可能性を有する。加えて、可撓性などの有機材料の固有の性質により、有機材料は、可撓性の基板上での製造などの特別な用途により良く適したものになりうる。有機オプトエレクトロニクスデバイスの例には、有機発光デバイス(OLED)、有機フォトトランジスタ、有機光電池、および有機光検出器などが含まれる。OLEDに関しては、有機材料は、従来材料に対して性能上の優位性を有することができる。例えば、有機発光層が光を発する波長を、適切なドーパントにより、一般に容易に調整することができる。
【０００３】
本明細書において使用される用語「有機」は、有機オプトエレクトロニクスデバイスを製造するために使用されうるポリマー材料および小分子有機材料を含む。「小分子」は、ポリマーでないどの有機材料をも指し、「小分子」は実際には十分大きいものでありうる。小分子は、いくつかの状況において繰り返し構成単位を含むことができる。例えば、置換基として長鎖アルキル基を使用しても、分子を「小分子」の分類から外すことにはならない。また、小分子は、例えばポリマー主鎖上のペンダント基または主鎖の一部として、ポリマー中に組み込まれうる。小分子は、また、コア部分に構築された一連の化学的なシェルからなる、デンドリマーのコア部分としての役割を果たしうる。デンドリマーのコア部分は、蛍光または燐光小分子発光体でありうる。デンドリマーは、「小分子」であることができ、OLEDの分野において現在使用されているすべてのデンドリマーは、小分子であると考えられる。
【０００４】
OLEDは、デバイスを横断して電圧が印加されると光を発する、薄い有機薄膜を使用する。OLEDは、フラットパネルディスプレイ、イルミネーション、およびバックライトなどの用途で使用するための、ますます興味のある技術となりつつある。いくつかのOLED材料および構成は、参照により全体を本明細書に援用する米国特許第5844363号、同第6303238号、および同第5707745号に記載されている。
【０００５】
OLEDデバイスは、一般に(必ずしも常にではないが)、電極の少なくとも1つを通して発光するように意図されており、1以上の透明電極を、有機オプトエレクトロニクスデバイスにおいて使用することができる。例えば、インジウムスズ酸化物(ITO)などの透明電極材料を、ボトム電極として使用することができる。参照により全体を本明細書に援用する米国特許第5703436号、および同第5707745号に開示されているものなどの、透明なトップ電極も、また使用することができる。ボトム電極を通してのみ発光するように意図されているデバイスについては、トップ電極は透明である必要はなく、高い電気伝導率を有する、厚い、反射性金属層から構成されうる。同様に、トップ電極を通してのみ発光するように意図されているデバイスについては、ボトム電極は不透明および/または反射性でありうる。電極が透明である必要がない場合は、より厚い層を使用して、より良好な電気伝導率を実現させることができ、反射性電極を使用して、透明電極に向けて光を反射させることにより、別の電極を通って放出される光の量を増大させることができる。両方の電極が透明な場合は、また、完全に透明なデバイスをも製造することができる。また、側面発光OLEDも製造することができ、このようなデバイスにおいては、一方または両方の電極が不透明または反射性でありうる。
【０００６】
本明細書において使用される「トップ(top)」は、基板から最も遠く離れていることを意味し、一方、「ボトム(bottom)」は、基板に最も近いことを意味する。例えば、2つの電極を有するデバイスの場合は、ボトム電極は基板に最も近い電極であり、一般に、製造される最初の電極である。ボトム電極は2つの表面、基板に最も近いボトム表面および基板から遠く離れたトップ表面、を有する。第1層が、第2層の「上に配置される」と記述される場合は、第1層は、基板からより遠く離れて配置される。第1層が第2層と「物理的に接触して」いることが明確に述べられていない限り、第1および第2層の間に他の層が存在しうる。例えば、種々の有機層がその間に存在していても、カソードは、アノードの「上に配置される」と記述されうる。
【０００７】
燐光発光分子の1つの応用は、フルカラーディスプレイである。このようなディスプレイの工業規格においては、「飽和」色と呼ばれる、特定の色を発するように適合された画素が必要とされる。特に、これらの規格においては、飽和赤、緑、および青の画素が必要とされる。色は、当業者には公知であるCIE座標を使用して測定されうる。
【特許文献１】米国特許第5844363号明細書
【特許文献２】米国特許第6303238号明細書
【特許文献３】米国特許第5707745号明細書
【特許文献４】米国特許第5703436号明細書
【非特許文献１】Kwongら、Appl.Phys.lett.、81、162(2002)
【特許文献５】米国特許第4769292号明細書
【非特許文献２】Baldoら、「High Efficient Phosphorescent Emission from Electroluminescent Devices」、Nature、vol.395、151〜154、1998
【非特許文献３】Baldoら、「Very high-efficiency green organic light-emitting devices based on electrophosphorescence」Appl.Phys.Lett.、vol.75、No.3、4〜6(1999)
【非特許文献４】Adachiら、「Nearly 100% Internal Phosphorescent Efficiency In An Organic Light Emitting Devices」、J.Appl.Phys., 90, 5048(2001)
【特許文献６】米国特許出願第10/173682号明細書
【特許文献７】米国特許第6097147号明細書
【特許文献８】米国特許出願第09/931948号明細書
【特許文献９】米国特許第5247190号明細書
【特許文献１０】米国特許第6091195号明細書
【特許文献１１】米国特許第5834893号明細書
【特許文献１２】米国特許第6013982号明細書
【特許文献１３】米国特許第6087196号明細書
【特許文献１４】米国特許第6337102号明細書
【特許文献１５】米国特許出願第10/233470号明細書
【特許文献１６】米国特許第6294398号明細書
【特許文献１７】米国特許第6468819号明細書
【特許文献１８】WO02/15645A1パンフレット
【特許文献１９】米国特許出願第10/289915号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
工業規格は、このようなフルカラーディスプレイの寿命が少なくとも約5000時間であることを要求している。加えて、高い安定性および効率は、高品質ディスプレイの重要な特性である。これらの要求は、赤、緑および青の波長体制において、従来技術で達成されたものよりも、長い寿命、高い安定性、および高い効率を示す燐光発光材料に対するニーズを後押ししてきた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
緑色発光分子の一例は、トリス(2-フェニルピリジン)イリジウム(Ir(ppy)3と表される)であり、下記式I:
【００１０】
【化１】
2007522126.tif 000003
【００１１】
の構造を有する。本明細書における、このおよび後の図において、窒素から金属(この場合は、Ir)への供与結合を直線として描く。Ir(ppy)3は、CIE色度座標で0.30、0.63のスペクトルを放射し、500cd/m2の初期輝度で約10000時間の半減期、および約6%の量子効率を有する。(Kwongら、Appl.Phys.lett.、81、162(2002))。
【００１２】
有機発光デバイスが提供される。本デバイスは、アノード、カソード、およびアノードとカソードとの間に配置された発光層を有する。発光層は、下記構造: 
【００１３】
【化２】
2007522126.tif 000004
【００１４】
[式中、Mは40を超える原子量を有する金属であり;
R3'はアルキル、ヘテロアルキル、アリール、ヘテロアリール、およびアラルキルからなる群から選択された置換基であり、R3'は1以上の置換基Zによって、任意選択で置換されていてもよく;
R5はアリールおよびヘテロアリールからなる群から選択された置換基であり、前記アリールまたはヘテロアリールは、置換されていないか、または任意選択で、1以上の非芳香族基によって置換されており;
環Aは、金属Mに対して配位される少なくとも1つの窒素原子を有する芳香族複素環式または縮合芳香族複素環式環であり、環Aは1以上の置換基Zによって、任意選択で置換されていることができ;
R3は、H、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルキルアリール、CN、CF3、CnF2n+1、トリフルオロビニル、CO2R、C(O)R、NR2、NO2、OR、ハロ、アリール、ヘテロアリール、置換されたアリール、置換されたヘテロアリールまたは複素環式基からなる群から選択された置換基であり;
R4は、H、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルキルアリール、CN、CF3、CnF2n+1、トリフルオロビニル、CO2R、C(O)R、NR2、NO2、OR、ハロ、アリール、ヘテロアリール、置換されたアリール、置換されたヘテロアリールまたは複素環式基からなる群から選択された置換基であり;
加えてまたは代わりに、R3およびR4は一緒になって、独立に縮合4〜7員環式基を形成し、前記環式基は、シクロアルキル、シクロへテロアルキル、アリール、またはヘテロアリールであり;前記環式基は、1以上の置換基Zによって、任意選択で置換されていてもよく;
R6は、H、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルキルアリール、CN、CF3、CnF2n+1、トリフルオロビニル、CO2R、C(O)R、NR2、NO2、OR、ハロ、アリール、ヘテロアリール、置換されたアリール、置換されたヘテロアリールまたは複素環式基からなる群から選択された置換基であり;
あるいは、R3'およびR6は、-CR2-CR2-、-CR=CR-、-CR2-、-O-、-NR-、-O-CR2-、-NR-CR2-および-N=CR-から選択された基によって架橋されていてもよく;
それぞれのRは、独立に、H、アルキル、アルケニル、アルキニル、ヘテロアルキル、アリール、ヘテロアリール、またはアラルキルであり;Rは1以上の置換基Zによって、任意選択で置換されていてもよく;
それぞれのZは独立に、ハロゲン、R'、O-R'、N(R')2、SR'、C(O)R'、C(O)OR'、C(O)N(R')2、CN、NO2、SO2、SOR'、SO2R'、またはSO3R'であり;
それぞれのR'は、独立に、H、アルキル、ペルハロアルキル、アルケニル、アルキニル、ヘテロアルキル、アリール、またはヘテロアリールであり;
(X-Y)は、補助配位子であり;
mは、1から、上記金属に結合しうる配位子の最大数までの値であり;
m+nは、上記金属に結合しうる配位子の最大数である。]
を有する発光材料をさらに含む。また、発光材料自体も提供される。本発光材料は、発光デバイスに組み込まれた場合、改善された効率および安全性を有することができる。加えて、本発明のデバイスは、改善された量子効率を示すことが予期される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
一般に、OLEDは、アノードとカソードの間に配置され、両方の電極に電気的に接続されている少なくとも1つの有機層を備えている。電流が印加された場合、アノードは正孔をカソードは電子を有機層の中へ注入する。注入された正孔および電子は、それぞれ反対に帯電された電極に向かって移動する。電子と正孔が同一分子上に局在する場合は、励起エネルギー状態を有する局在化された電子-正孔対である「励起子」が形成される。励起子が、光電子放出機構により緩和するときに光が放射される。ある場合は、励起子は、エキシマまたはエキシプレックス上に局在化される。熱的緩和などの非輻射機構も生じうるが、一般に、好ましくないと考えられる。
【００１６】
例えば、参照により全体を本明細書に援用する米国特許第4769292号に開示されているように、初期のOLEDは、一重項状態から光を放出する発光蛍光分子を使用していた。蛍光発光は、一般に、10ナノ秒未満の時間枠内で生じる。
【００１７】
より最近になって、三重項状態から光を放出する発光材料(「燐光」)を有するOLEDが、実証された。Baldoら、「High Efficient Phosphorescent Emission from Electroluminescent Devices」、Nature、vol.395、151〜154、1998;(「Baldo-I」)およびBaldoら、「Very high-efficiency green organic light-emitting devices based on electrophosphorescence」Appl.Phys.Lett.、vol.75、No.3、4〜6(1999)(「Baldo-II」)、これらは、参照により全体を本明細書に援用する。燐光は「禁制」遷移と呼ぶことができ、なぜならこの遷移はスピン状態の変化を必要とし、量子力学はこのような遷移は好ましくないことを示しているからである。その結果、燐光は、一般に、少なくとも10ナノ秒を超える、典型的には100ナノ秒を超える時間枠で生じる。燐光の自然放射遷移の寿命が長すぎる場合は、三重項は無放射遷移により緩和することができ、その結果、光はまったく放出されない。また、有機燐光も、非常な低温で非共有電子対を有するヘテロ原子を含む分子において、しばしば観測される。2,2'-ビピリジンはこのような分子である。無放射減衰機構は、通常、温度依存性であり、液体窒素の温度で燐光を示す材料が、室温では燐光を示すことができない。しかし、Baldoが実証したように、室温で燐光を示す燐光性化合物を選択することによって、この問題を処理することができる。
【００１８】
一般に、OLEDにおける励起子は、約3:1の割合、すなわち、ほぼ75%の三重項と25%の一重項の割合で生じると考えられている。参照により全体を本明細書に援用する、Adachiら,「Nearly 100% Internal Phosphorescent Efficiency In An Organic Light Emitting Devices」、J.Appl.Phys., 90, 5048(2001)を参照されたい。多くの場合、一重項励起子は、「項間交差」によりそのエネルギーを三重項励起状態へ容易に移すことができるが、三重項励起子は、そのエネルギーを一重項励起状態へ容易に移すことができない。その結果、100%の内部量子効率が、燐光OLEDについて理論的に可能となる。蛍光デバイスにおいて、三重項励起子のエネルギーは、通常、デバイスを加熱する無放射減衰過程で失われ、遙かに低い内部量子効率しかもたらさない。三重項励起状態から発光する燐光材料を利用するOLEDは、例えば、参照により全体が組み込まれる米国特許第6303238号に開示されている。
【００１９】
燐光は、三重項状態から、放射減衰が生じる中間の非三重項状態への遷移により、進行されうる。例えば、ランタニド元素に配位している有機分子は、ランタニド金属上に局在化された励起状態から、しばしば燐光を発する。しかし、このような材料は三重項励起状態から直接燐光を発することはなく、その代わりにランタニド金属イオン上に集中している原子励起状態から放出する。ユウロピウムジケトナート錯体は、この種類の種の一群を例証する。
【００２０】
有機分子を高い原子番号の原子のごく近くに、好ましくは、結合により、閉じ込めることによって、三重項からの燐光を蛍光以上に強めることができる。重原子効果と呼ばれるこの現象は、スピン-軌道相互作用として知られる機構によって創られる。このような燐光遷移は、トリス(2-フェニルピリジン)イリジウム(III)などの有機金属分子の、励起金属から配位子への電荷移動(MLCT)状態から観測することができる。
【００２１】
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比率で描かれてはいない。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、電子阻止層130、発光層135、正孔阻止層140、電子輸送層145、電子注入層150、保護層155、およびカソード160を含むことができる。カソード160は、第1導電層162および第2導電層164を有する複合カソードである。デバイス100を、記述された層を順番に堆積させることにより製造することができる。
【００２２】
基板110は、所望の構造的特性をもたらす適切な、任意の基板でありうる。基板110は、可撓性または剛性でありうる。基板110は、透明、半透明または不透明でありうる。プラスチックおよびガラスは、好ましい、剛性の基板材料の例である。プラスチックおよび金属箔は、好ましい可撓性基板材料の例である。基板110は、回路の製造を容易にするために、半導体材料でありうる。例えば、基板110は、その上に回路が製造され、その後で基板上に堆積されるOLEDを制御することが可能な、シリコンウエハでありうる。その他の基板を使用することができる。基板110の材料および厚さを、所望の構造および光学特性を得るように、選択することができる。
【００２３】
アノード115は、正孔を有機層へ輸送することができる十分な導電性を有する、適切な任意のアノードでありうる。アノード115の材料は、好ましくは、約4eVを超える仕事関数を有する(「高仕事関数材料」)。好ましいアノード材料には、インジウムスズ酸化物(ITO)およびインジウム亜鉛酸化物(IZO)などの導電性金属酸化物、アルミニウム酸化亜鉛(AlZnO)および金属が含まれる。アノード115(および基板110)は、ボトム発光デバイスを製造することができるように、十分、透明でありうる。好ましい透明基板およびアノードの組合せは、ガラスまたはプラスチック(基板)上に堆積させられた市販のITO(アノード)である。可撓性のおよび透明な基板-アノードの組合せは、参照により全体が組み込まれる米国特許第5844363号に開示されている。アノード115は、不透明および/または反射性でありうる。反射性アノード115は、デバイスのトップから放射される光の量を増すために、いくつかのトップ発光デバイスにとって好ましい。アノード115の材料および厚さを、所望の導電性および光学特性を得るように、選択することができる。アノード115が透明な場合は、所望の電気伝導率をもたらすように十分厚く、しかも、所望の程度の透明性を実現するように十分薄い、特定の材料のある範囲の厚さが存在する。その他のアノード材料および構造体を使用することができる。
【００２４】
正孔輸送層125は、正孔を輸送することができる材料を含む。正孔輸送層125は、真性(ドーピングなし)であることまたはドーピングされていることができる。ドーピングを、電気伝導率を高めるために使用することができる。α-NPDおよびTPDは、真性正孔輸送層の例である。p-ドープされた正孔輸送層の例は、50:1のモル比でF4-TCNQでドーピングされたm-MTDATAであり、参照により全体を援用する米国特許出願第10/173682号明細書に開示されている。その他の正孔輸送層を使用することができる。
【００２５】
発光層135は、アノード115およびカソード160の間に電流が流されるとき、発光することができる有機材料を含むことができる。蛍光発光材料も使用することができるが、好ましくは、発光層135は燐光発光材料を含む。燐光材料は、このような材料に伴うより高いルミネセンス効率のせいで、好ましい。また、発光層135は、電子、正孔、および/または励起子をトラップすることができる発光材料がドーピングされている、電子および/または正孔を輸送することができるホスト材料を含み、その結果、励起子が光電子放射機構により発光材料から緩和するようになる。発光層135は、輸送および発光特性を組み合わせる単一材料を含んでもよい。発光材料がドーパントでも、主要成分でも、発光層135は、発光材料の発光を調整するドーパントなどの、他の材料を含むことができる。発光層135は、組み合わせた状態で所望の光のスペクトルを発光することができる複数の発光材料を含むことができる。燐光発光材料の例には、Ir(ppy)3が含まれる。蛍光発光材料の例には、DCMおよびDMQAが含まれる。ホスト材料の例には、Alq3、CBPおよびmCPが含まれる。発光およびホスト材料の例は、参照により全体を援用するThompsonらの米国特許第6303238号に開示されている。発光材料を、発光層135内に多くのやり方で含ませることができる。例えば、発光性の小分子をポリマー中に組み込むことができる。他の発光層材料および構造体を使用することができる。
【００２６】
電子輸送層140は、電子を輸送することができる材料を含むことができる。電子輸送層140は、真性(ドーピングなし)であるか、またはドーピングされていることができる。ドーピングを、電気伝導率を高めるために使用することができる。Alq3は、真性電子輸送層の例である。n-ドープされた電子輸送層の例は、参照により全体を援用するForrestらの米国特許出願第10/173682号に開示された、1:1のモル比でLiによりドーピングされたBPhenである。
【００２７】
電子輸送層の電荷運搬成分は、電子が、カソードから電子輸送層のLUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital:最低空軌道)準位に効率的に注入されうるように、選択することができる。「電荷運搬成分」は、実際に電子を輸送するLUMOを担うべき材料である。この成分は、ベース材料であるかまたはドーパントでありうる。有機材料のLUMO準位は、その材料の電子親和力によって一般に特徴づけられ、カソードの相対的な電子注入効率は、カソード材料の仕事関数によって一般に特徴づけられる。このことは、電子輸送層およびカソード材料の好ましい特性が、ETLの電荷運搬成分の電子親和力およびカソード材料の仕事関数によって特定されうることを意味する。特に、高い電子注入効率を達成するために、カソード材料の仕事関数は、好ましくは、電子輸送層の電荷運搬成分の電子親和力より、約0.75eVを超えて、より好ましくは、約0.5eVを超えて、大きいことはない。同様の考察は、電子が注入されているいずれの層にも当てはまる。
【００２８】
カソード160は、カソード160が、電子を導き、デバイス100の有機層中に注入することができる、当業者に公知の適切な、任意の材料または材料の組合せでありうる。カソード160は、透明または不透明であることができ、反射性でありうる。金属および金属酸化物は、適切なカソード材料の例である。カソード160は、単層であることができ、または複合構造を有することができる。図1は、薄い金属層162およびより厚い導電性金属酸化物層164を有する複合カソード160を示す。複合カソードにおいて、より厚い層164の好ましい材料には、ITO、IZO、および当業者に公知のその他の材料が含まれる。参照により全体を援用する米国特許第5703436号および第5707745号には、透明な、電気伝導性の、スパッタリングにより堆積されたITO層が上に重なっている、Mg:Agなどの金属の薄層を有する複合カソードの例が開示されている。下に横たわる有機層に接触しているカソード160の部分は、それが単層カソード160であれ、複合カソード162の薄い金属層であれ、またはなにか別の部分であれ、約4eV未満の仕事関数(「低仕事関数」)を有する材料から、好ましくは製造される。その他のカソード材料および構造体を使用することができる。
【００２９】
発光層を離れる電荷キャリア(電子または正孔)および/または励起子の数を低減させるために、阻止層を使用することができる。電子が発光層135を離れて正孔輸送層125の方向に向かうことを阻止するために、電子阻止層130を、発光層135および正孔輸送層125の間に配置することができる。同様に、正孔が発光層135を離れて電子輸送層140の方向に向かうことを阻止するために、正孔阻止層140を、発光層135および電子輸送層145の間に配置することができる。また、阻止層を、励起子が発光層から拡散するのを阻止するために使用することができる。阻止層の理論およびその使用は、参照により全体を援用するForrestらの米国特許第6097147号および米国特許出願第10/173682号に、より詳細に記載されている。
【００３０】
一般に当業者によって理解されているように、「阻止」層という用語を使用することは、その層が、その層を通って電荷キャリアおよび/または励起子が輸送されることを著しく抑制する障壁を提供する材料、または材料類から構成されていることを示唆するということを意味するのであり、障壁がすべての電荷キャリアおよび/または励起子を完全に阻止することを示唆または示すものではない。このような障壁の存在は、阻止層を有していないデバイスと比べて実質的に高い効率をもたらすこととなって、および/または発光をOLEDの所望の領域に閉じ込めることとなって、通常、現れる。
【００３１】
一般に、注入層は、1つの層、例えば電極または有機層など、から隣接する有機層への電荷キャリアの注入を改善することができる材料から構成される。また、注入層は、電荷輸送機能を果たすこともできる。デバイス100において、正孔注入層120は、アノード115から正孔輸送層125への正孔の注入を改善する任意の層でありうる。CuPcは、ITOアノード115およびその他のアノードからの正孔注入層として使用されうる。デバイス100において、電子注入層150は、電子輸送層145への電子の注入を改善する任意の層でありうる。LiF/Alは、隣接層から電子輸送層へ電子を注入する電子注入層として使用されうる材料の例である。他の材料または材料の組合せは、注入層として使用されうる。個々のデバイスの構成に応じて、注入層は、デバイス100において示されたものとは異なる位置に配置されうる。より多くの注入層の例は、参照により全体を援用するLuらの米国特許出願第09/931948号に示されている。正孔注入層は、スピンコーティングされたポリマー、例えば、PEDOT:PSSなどの溶液堆積された材料を含むことができ、または気相堆積された小分子材料、例えば、CuPcまたはMTDATAでありうる。
【００３２】
正孔注入層(HIL)は、アノード表面を平坦化してまたは濡らして、アノードから正孔注入材料への効率的な正孔注入を実現するようにすることができる。また、正孔注入層は、本明細書に記載された相対イオン化ポテンシャル(IP)エネルギーにより定義された、HILの一方の側の隣接アノード層およびHILの反対側の正孔輸送層と都合良く釣り合う、HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital:最高被占有軌道)を有する電荷運搬成分を含有することができる。この場合は、「電荷運搬成分」は、実際に正孔を輸送するHOMOを担う材料である。この成分は、HILの基材でありうるか、またはドーパントでありうる。ドーピングされたHILを使用することにより、ドーパントが、その電気的性質に適うように選択されることを可能にし、ホストが、ぬれ、可撓性、靭性などの形態学的特性に適うように選択されることを可能にする。HIL材料の好ましい特性は、正孔が、アノードからHIL材料の中へ効率的に注入されうるようなものである。特に、HILの電荷運搬成分は、アノード材料のIPと比較して大きくとも約0.7eVを超えないIPを有する。より好ましくは、電荷運搬成分は、アノード材料の場合と比較して大きくとも約0.5eVを超えないIPを有する。同様の考察は、正孔が注入されているいずれの層にも当てはまる。HIL材料は、このようなHIL材料が、従来の正孔輸送材料の正孔伝導率より実質的に小さい正孔伝導率を有することができるという点で、OLEDの正孔輸送層において通常使用されている従来の正孔輸送材料とは、さらに区別されうる。HILの厚さは、アノード層の表面を平坦化するまたは濡らすことを助けるために充分な厚さでありうる。例えば、非常に滑らかなアノード表面にとっては、10nmもの薄いHIL厚さでも許容可能である。しかし、アノード表面は非常に粗くなる傾向があるので、ある場合には50nmまでのHILの厚さが所望されうる。
【００３３】
保護層を、その後の製造工程の間、下に横たわる層を保護するために使用することができる。例えば、金属または金属酸化物のトップ電極を製造するために使用される工程では、有機層が損傷を受けることがあり、このような損傷を低減させるまたは無くすために、保護層が使用されうる。デバイス100において、保護層155は、カソード160を製造する間、下に横たわる有機層に対する損傷を低減させることができる。好ましくは、保護層は、輸送するキャリアの種類(デバイス100では電子)について高いキャリア移動度を有し、デバイス100の動作電圧を大きく増大させないようにする。CuPc、BPC、および様々な金属フタロシアニンは、保護層で使用されうる材料の例である。その他の材料または材料の組合せを使用することができる。保護層155の厚さは、好ましくは、有機保護膜160が堆積された後に生じる、下に横たわる層への製造工程による損傷がほとんどまたはまったく存在しない程度に厚く、デバイス100の動作電圧を著しく増大させる程度には厚くない。保護層155は、その伝導率を上げるためにドーピングされうる。例えば、CuPcまたはBCP保護層160は、Liによってドーピングされうる。保護層のより詳細な記述を、参照により全体を援用するLuらの米国特許出願第09/931948号において見つけることができる。
【００３４】
図2は、インバーテッドOLED200を示す。このデバイスは、基板210、カソード215、発光層220、正孔輸送層225、およびアノード230を含む。デバイス200を、記述された層を順番に堆積することにより製造することができる。最もありふれたOLEDの構成は、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を有するので、デバイス200を「インバーテッド」OLEDと呼ぶことができる。デバイス100に関して記述されたものと同類の材料を、デバイス200の対応する層において使用することができる。図2は、デバイス100の構造体から、いくつかの層を省くことができるやり方の例を示す。
【００３５】
図1および2において図示された単純な層構造は、非限定的な例として示されており、本発明の実施形態は、種々様々な他の構造体と共同で使用されうることが理解される。記載の特定の材料および構造体は、本質的に例示的なものであり、他の材料および構造体を使用することができる。機能性OLEDは、記載の様々な層を種々の方法で組み合わせることによって達成されるか、あるいはデザイン、性能、およびコスト因子に基づいて、層を全体的に省くことができる。また、具体的に記述されていない他の層を含むこともできる。具体的に記載されているもの以外の材料を使用することができる。本明細書において示された例の多くは、様々な層を、単一材料を含むものとして記述しているが、材料の組合せ、例えば、ホストおよびドーパントの混合物など、またはより一般的には混合物を使用することができると理解される。また、層は様々な副層を有することができる。本明細書において様々な層に付与される名称は、厳密に限定的なものであると意図されてはいない。例えば、デバイス200おいて、正孔輸送層225は正孔を輸送し、正孔を発光層220の中へ注入しており、正孔輸送層または正孔注入層として記述されうる。一実施形態では、OLEDを、カソードおよびアノードの間に配置された「有機層」を有するものであると記述することができる。この有機層は、単一層を含むことができ、または、例えば、図1および2に関して記述された、異なった有機材料の多層をさらに含むことができる。
【００３６】
具体的に記述されていない構造体および材料、例えば、参照により全体を援用するFriendらの米国特許第5247190号に開示されているような、ポリマー材料から構成されるOLED(PLED)を使用することもできる。さらなる例として、単一有機層を有するOLEDも使用することができる。例えば、参照により全体を援用するForrestらの米国特許第5707745号に記載のOLEDを、積層することができる。OLED構造は、図1および2で図解した単純な層構造から外れることができる。例えば、基板は、Forrestらの米国特許第6091195号に記載のメーザ構造体のような、アウトカップリング(out-coupling)を改善するための傾斜した反射表面および/またはBulovicらの米国特許第5834893号に記載のピット(pit)構造体を含むことができ、前記両特許は、参照により全体が組み込まれる。
【００３７】
特段の記述がない限り、様々な実施形態の層のどれでも、適切な任意の方法によって堆積させることができる。有機層については、好ましい方法は、参照により全体を援用する米国特許第6013982号および第6087196号に記載されているような、熱蒸発法、インクジェット法、参照により全体を援用するForrestらの米国特許第6337102号に記載されているような、有機気相成長法(OVPD)、参照により全体を援用する米国特許出願第10/233470号に記載されているような、有機気相ジェット印刷(OVJP)による堆積を含む。その他の適切な堆積法には、スピンコーティング法およびその他の溶液をベースとする方法が含まれる。溶液ベースの方法は、好ましくは、窒素または不活性雰囲気中で行われる。その他の層について、好ましい方法は熱蒸発法を含む。好ましいパターニング方法は、マスクを介した堆積、参照により全体を援用する米国特許第6294398号および同第6468819号に記載されているような、冷間圧接、およびインクジェットおよびOVJDなどの堆積法のいくつかを伴うパターニングを含む。その他の方法も使用することができる。堆積されるべき材料を、特定の堆積法に適合するように修正することができる。例えば、分岐または非分岐、および好ましくは少なくとも3個の炭素を含有する、アルキルおよびアリール基などの置換基を、溶液処理に耐える能力を高めるために、小分子内で使用することができる。20個またはそれ以上の炭素を有する置換基を使用することができ、3〜20個の炭素が好ましい範囲である。非対称性の材料はより低い再結晶化傾向を有することができるので、非対称性の構造を有する材料は、対称性の構造を有するものより、溶液処理性が良好である。デンドリマー置換基を、溶液処理に耐える小分子の能力を高めるために、使用することができる。
【００３８】
本発明の実施形態に従って製造されたデバイスは、フラットパネルディスプレイ、コンピュータモニタ、テレビジョン、掲示板、屋内または屋外照明用の光、および/または信号伝達、ヘッドアップ表示装置、完全透明ディスプレイ、フレキシブルディスプレイ、レーザプリンタ、電話機、携帯電話、携帯情報端末(PDA)、ラップトップコンピュータ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ファインダ、超小型表示装置、乗物、大面積の壁、劇場またはスタジアムのスクリーン、または標識を含む、種々様々な消費者製品の中に組み込まれうる。本発明に従って製造されたデバイスを制御するために、パッシブマトリックスおよびアクティブマトリックスを含む、様々な制御機構を使用することができる。デバイスの多くは、例えば、18℃から30℃などの人に快適な温度範囲で、より好ましくは室温(20〜25℃)で使用することが意図されている。
【００３９】
本明細書において記述された材料および構造体は、OLED以外のデバイスにおける用途を有している。例えば、有機太陽電池および有機光検出器などの他のオプトエレクトロニクデバイスは、この材料および構造体を使用することができる。より一般には、有機トランジスタなどの有機デバイスは、この材料および構造体を使用することができる。
【００４０】
本明細書において使用される「溶液処理ができる」は、溶液または懸濁液の形態で、液体媒質内で溶解、分散、または輸送されうるか、および/または液体媒質から堆積されうることを意味する。
【００４１】
「安定性」は、多くのやり方で測定されうる。1つの安定性測定は、動作半減期によって測定することができる、電界発光デバイスの動作安定性である。動作半減期は、他に特別の注意がない限り、定電流および室温の下で、デバイスの輝度が初期輝度(L0)から初期輝度の50%(L0.5)まで減衰するのに要する時間である。ある一定のデバイスにおいては、より高い輝度は、一般により速い減衰に対応するので、動作半減期は、デバイスが操作される輝度に依存する。輝度は、cd/m2で測定することができる。表1に示すように、赤および緑の発光デバイスは、40mA/cm2の一定直流電流の下で、赤および緑の発光デバイスについて、それぞれ、L0>3000cd/m2およびL0>9000cd/m2に相当する動作安定性を示す。ディスプレイの動作輝度(赤および緑の発光デバイスについて、それぞれ、L0〜300cd/m2および600cd/m2)に合わせた場合、本発明の実施形態によるデバイスは、約5000時間を超える動作半減期を有することができるので有利である。
【００４２】
本発明の一実施形態において、オレンジ色の発光デバイスに組み込まれた場合、改善された効率を有する燐光発光材料が提供される。発光材料は、以下の構造を有する光活性配位子を含む。
【００４３】
【化３】
2007522126.tif 000005
【００４４】
[式中、
Mは40を超える原子量を有する金属であり;
R3'は、アルキル、ヘテロアルキル、アリール、ヘテロアリール、およびアラルキルからなる群から選択された置換基であり、R3'は1以上の置換基Zにより、任意選択で置換されていてもよく;
R5はアリールおよびヘテロアリールからなる群から選択された置換基であり、前記アリールまたはヘテロアリールは、置換されていないか、または任意選択で、1以上の非芳香族基によって置換されており;
環Aは、金属Mに対して配位される少なくとも1つの窒素原子を有する芳香族複素環式または縮合芳香族複素環式環であり、環Aは1以上の置換基Zによって、任意選択で置換されていることができ;
R3は、H、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルキルアリール、CN、CF3、CnF2n+1、トリフルオロビニル、CO2R、C(O)R、NR2、NO2、OR、ハロ、アリール、ヘテロアリール、置換されたアリール、置換されたヘテロアリールまたは複素環式基からなる群から選択された置換基であり;
R4は、H、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルキルアリール、CN、CF3、CnF2n+1、トリフルオロビニル、CO2R、C(O)R、NR2、NO2、OR、ハロ、アリール、ヘテロアリール、置換されたアリール、置換されたヘテロアリールまたは複素環式基からなる群から選択された置換基であり;
加えてまたは代わりに、R3およびR4は一緒になって、独立に縮合4〜7員環式基を形成し、前記環式基は、シクロアルキル、シクロへテロアルキル、アリール、またはヘテロアリールであり;前記環式基は、1以上の置換基Zによって、任意選択で置換されていてもよく;
R6は、H、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルキルアリール、CN、CF3、CnF2n+1、トリフルオロビニル、CO2R、C(O)R、NR2、NO2、OR、ハロ、アリール、ヘテロアリール、置換されたアリール、置換されたヘテロアリールまたは複素環式基からなる群から選択された置換基であり;
あるいは、R3'およびR6は、-CR2-CR2-、-CR=CR-、-CR2-、-O-、-NR-、-O-CR2-、-NR-CR2-および-N=CR-から選択された基によって架橋されていてもよく;
それぞれのRは、独立に、H、アルキル、アルケニル、アルキニル、ヘテロアルキル、アリール、ヘテロアリール、またはアラルキルであり;Rは1以上の置換基Zによって、任意選択で置換されていてもよく;
それぞれのZは独立に、ハロゲン、R'、O-R'、N(R')2、SR'、C(O)R'、C(O)OR'、C(O)N(R')2、CN、NO2、SO2、SOR'、SO2R'、またはSO3R'であり;
それぞれのR'は、独立に、H、アルキル、ペルハロアルキル、アルケニル、アルキニル、ヘテロアルキル、アリール、またはヘテロアリールである。]
【００４５】
本明細書において使用される用語「ハロ」または「ハロゲン」は、フッ素、塩素、臭素およびヨウ素を含む。
【００４６】
本明細書において使用される用語「アルキル」は、直鎖および分岐アルキル基を意図している。好ましいアルキル基は、1から15個の炭素原子を含有するものであり、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、tert-ブチルなどを含む。加えて、アルキル基は、ハロ、CN、CO2R、C(O)R、NR2、環式アミノ、NO2、およびORから選択された、1以上の置換基によって任意選択で置換されうる。
【００４７】
本明細書において使用される用語「シクロアルキル」は、環式アルキル基を意図している。好ましいシクロアルキル基は、3から7個の炭素原子を含有するものであり、シクロプロピル、シクロペンチル、シクロヘキシルなどを含む。加えて、シクロアルキル基は、ハロ、CN、CO2R、C(O)R、NR2、環式アミノ、NO2、およびORから選択された、1以上の置換基によって任意選択で置換されうる。
【００４８】
本明細書において使用される用語「アルケニル」は、直鎖および分岐アルケン基を意図している。好ましいアルケニル基は、2から15個の炭素原子を含有する。加えて、アルケニル基は、ハロ、CN、CO2R、C(O)R、NR2、環式アミノ、NO2、およびORから選択された、1以上の置換基によって任意選択で置換されうる。
【００４９】
本明細書において使用される用語「アルキニル」は、直鎖および分岐アルキン基を意図している。好ましいアルキル基は、2から15個の炭素原子を含有する。加えて、アルキニル基は、ハロ、CN、CO2R、C(O)R、NR2、環式アミノ、NO2、およびORから選択された、1以上の置換基によって任意選択で置換されうる。
【００５０】
本明細書において使用される用語「アルキルアリール」は、置換基として芳香族基を有するアルキル基を意図している。加えて、アルキルアリール基は、ハロ、CN、CO2R、C(O)R、NR2、環式アミノ、NO2、およびORから選択された、1以上の置換基によって任意選択で置換されうる。
【００５１】
本明細書において使用される用語「複素環式基」は、非芳香族環式基を意図している。好ましい複素環式基は、少なくとも1個のヘテロ原子を含む3ないし7個の環原子を含有するものであり、例えば、モルホリン、ピペリジノなどの環式アミン、および例えば、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピランなどの環式エーテルを含む。
【００５２】
本明細書において使用される用語「アリール」または「芳香族基」は、単環基および多環式環系を意図している。多環式環は、2個の炭素が、2つの隣接する環によって共有されている(環は「縮合」されている)複数の環を有することができ、前記隣接する環の少なくとも1つは芳香族であり、例えば、その他の環は、シクロアルキル、シクロアルケニル、アリール、複素環および/またはヘテロアリールでありうる。
【００５３】
本明細書において使用される用語「ヘテロアリール」は、1から3個のヘテロ原子を含むことができる単環複素芳香族基、例えば、ピロール、フラン、チオフェン、イミダゾール、オキサゾール、チアゾール、トリアゾール、ピラゾール、ピリジン、ピラジンおよびピリミジンなどを意図している。また、用語ヘテロアリールは、2個の原子が、2つの隣接する環によって共有されている(環は「縮合」されている)複数の環を有する多環式複素芳香族系を含み、前記隣接する環の少なくとも1つは芳香族であり、例えば、その他の環は、シクロアルキル、シクロアルケニル、アリール、複素環および/またはヘテロアリールでありうる。
【００５４】
すべての数値の範囲、例えば、nおよびmで与えられた範囲は、その全範囲を含む。従って、例えば、0〜4の範囲は、数値0、1、2、3および4を含むことになる。
【００５５】
この配位子は、発光材料の光活性特性に寄与していると考えられているので、「光活性」と呼ばれる。発光材料は、式IIの光活性配位子を少なくとも1つおよび重金属イオンを含み、その結果得られた材料が、(i)炭素-金属結合を有し、(ii)環Aの窒素原子がその金属に配位される。従って、本発明の発光材料は、次式の部分構造を含む。
【００５６】
【化４】
2007522126.tif 000006
【００５７】
Mは、40より大きな原子量を有する任意の金属でありうる。好ましい金属には、Ir、Pt、Pd、Rh、Re、Os、Tl、Pb、Bi、In、Sn、Sb、Te、AuおよびAgが含まれる。より好ましくは、金属はIrまたはPtである。最も好ましくは、金属はIrである。
【００５８】
本発明の別の実施形態では、発光材料は、次式:
【００５９】
【化５】
2007522126.tif 000007
【００６０】
を有し、m(特定の種類の光活性配位子の数)は、1から、金属に結合しうる配位子の最大の数までの任意の整数でありうる。例えば、Irに関しては、mは、1、2または3でありうる。n(特定の種類の「補助」配位子の数)は、0から、金属に結合しうる配位子の最大の数未満の整数までの任意の整数でありうる。(X-Y)は、補助配位子を示す。これらの配位子は、光活性特性に直接寄与するのではなく、分子の光活性特性を変更することができると考えられているので、「補助」と呼ばれる。光活性および補助の定義は、非限定的な理論を目的とするものである。例えばIrの場合、二座配位子について、nは0、1または2でありうる。発光材料において使用される補助配位子を、当業界で公知であるものから選択することができる。補助配位子の非限定的な例は、参照により援用するLamanskyらのPCT出願WO02/15645A1の89〜90頁に記載されている。好ましい補助配位子には、アセチルアセトネート(acac)およびピコリネート(pic)、およびこれらの誘導体が含まれる。好ましい補助配位子は、以下の構造を有する。
【００６１】
【化６】
2007522126.tif 000008
【００６２】
好ましい実施形態では、光活性配位子の環Aは、ピリジンであり、次式の配位子:
【００６３】
【化７】
2007522126.tif 000009
【００６４】
および次式：
【００６５】
【化８】
2007522126.tif 000010
の発光材料の部分構造を与える:
【００６６】
本発明の実施形態は、次の構造:
【００６７】
【化９】
2007522126.tif 000011
を有する分子を含む。
【００６８】
本発明の別の実施形態は、次式を有する配位子構造:
【００６９】
【化１０】
2007522126.tif 000012
【００７０】
および次式の発光材料の部分構造:
【００７１】
【化１１】
2007522126.tif 000013
を有する。
【００７２】
本発明のこの実施形態は、次の構造： 
【００７３】
【化１２】
2007522126.tif 000014
を有する分子を含む。
【００７４】
R3、R4、R5、R6、R3'およびR4'は、式IIの定義に従って定義される。キノリン環の残りの位置は、任意選択で置換されていてもよい。
【００７５】
本発明の別の実施形態は、次式の配位子構造:
【００７６】
【化１３】
2007522126.tif 000015
【００７７】
および次式の発光材料の部分構造:
【００７８】
【化１４】
2007522126.tif 000016
を有する。
【００７９】
本発明のこの実施形態は、次式の構造:
【００８０】
【化１５】
2007522126.tif 000017
を有する分子を含む。
【００８１】
R3、R4、R5、R6、R3'およびR6'は、式IIの定義に従って定義される。イソキノリン環の残りの位置は、任意選択で置換されていてもよい。
【００８２】
本発明の別の実施形態は、次式の配位子構造:
【００８３】
【化１６】
2007522126.tif 000018
【００８４】
および次式の発光材料の部分構造:
【００８５】
【化１７】
2007522126.tif 000019
を有する。
【００８６】
本発明のこの実施形態は、次式の構造:
【００８７】
【化１８】
2007522126.tif 000020
を有する分子を含む。
【００８８】
R5、R6、R3'、R4'、R5'およびR6'は、式IIの定義に従って定義される。ナフチル環の残りの位置は、任意選択で置換されていてもよい。
【００８９】
別の好ましい実施形態では、光活性配位子の置換基R5はフェニル、およびR3'はメチルであり、次式の配位子:
【００９０】
【化１９】
2007522126.tif 000021
【００９１】
および次式の発光材料の部分構造:
【００９２】
【化２０】
2007522126.tif 000022
を与える。
【００９３】
本発明のこの実施形態は、次式の構造:
【００９４】
【化２１】
2007522126.tif 000023
を有する分子を含む。
【００９５】
R3、R4、R6、R4'、R5'およびR6'は、式IIの定義に従って定義される。
【００９６】
別の好ましい実施形態では、nはゼロであり、mは金属に結合しうる配位子の最大数である。
【００９７】
【化２２】
2007522126.tif 000024
【００９８】
例えば、Irに関して、この好ましい実施形態において、mは3であり、構造は、「トリス(tris)」構造と呼ばれうる。トリス構造は、特に安定であると考えられるので好ましい。R3、R4、R6、R4'、R5'およびR6'は、式IIの定義に従って定義される。
【００９９】
一実施形態においては、m+nは、問題にしている金属に結合しうる二座配位子の総数に等しく、例えば、Irについては3である。別の実施形態では、m+nは、金属に結合しうる二座配位子の最大数未満であることができ、この場合は、他の配位子（補助、光活性、またはその他のもの）もまた、金属に結合しうる。金属に結合される異なった光活性配位子が存在する場合は、それぞれの光活性配位子は式IIで示された構造を有することが好ましい。
【０１００】
本発明の別の実施形態では、MはIr、およびmは3であり、次式の発光材料を与える:
【０１０１】
【化２３】
2007522126.tif 000025
【０１０２】
R3、R4、R6、R4'、R5'およびR6'は、式IIの定義に従って定義される。
【０１０３】
より好ましい実施形態では、R3=R4=R6=R4'=R5'=R6'=Hである。この実施形態の発光材料は、次式の以下の構造:
【０１０４】
【化２４】
2007522126.tif 000026
を有する。
【０１０５】
R3、R4、R6、R4'、R5'およびR6'は、式IIの定義に従って定義される。
【０１０６】
別のより好ましい実施形態では、R5'、R6'は縮合6員アリール環を形成し、R3=R4=R6=R4'=Hである。この実施形態の発光材料は、次式の構造:
【０１０７】
【化２５】
2007522126.tif 000027
を有する。
【０１０８】
R3、R4、R6、およびR4'は、式IIの定義に従って定義される。
【０１０９】
本発明の別の好ましい実施形態では、MはIr、mは2、nは1、および補助配位子(X-Y)はacacであり、次式:
【０１１０】
【化２６】
2007522126.tif 000028
の発光材料を与える。
【０１１１】
R3、R4、R6、R4'、R5'およびR6'は、式IIの定義に従って定義される。
【０１１２】
より好ましい実施形態では、R3=R4=R6=R4'=R5'=R6'=Hである。この実施形態の発光材料は、次式の構造:
【０１１３】
【化２７】
2007522126.tif 000029
を有する。
【０１１４】
R3、R4、R6、およびR4'、R5'およびR6'は、式IIの定義に従って定義される。
【０１１５】
別のより好ましい実施形態では、R5'およびR6'は縮合6員アリール環を形成し、R3=R4=R6=R4'=Hである。この実施形態の発光材料は、次式の構造:
【０１１６】
【化２８】
2007522126.tif 000030
を有する。
【０１１７】
R3、R4、R6、およびR4'は、式IIの定義に従って定義される。
【０１１８】
本発明が機能する方法に関して、いかなる理論にも限定されないが、式IIで開示されたR3'およびR5の組合せにより、増強された安定性を有する発光材料が生じると考えられる。特に、式IIIにおいて示した特定の置換基が、特に安定な分子、すなわち、R5はフェニルおよびR3'はメチルで両方とも置換されていない、をもたらすと考えられる。それぞれ、R5およびR3'の位置にあるフェニルおよび/またはメチルが置換された場合は、増強された安定性は依然として存在すると、さらに考えられる。加えて、R3'の位置における置換は、デバイスの寿命を延ばすことが分かっている。参照により全体を援用するBrownらの米国特許出願第10/289915号に開示されているように、R5の位置における置換もまた、デバイスの寿命を延ばすことが分かっている。本発明では、R3'およびR5の位置における置換は、R3'またはR5の位置だけの置換と比べて、デバイスの寿命をさらに改善することを示す。
【０１１９】
本明細書において記載された様々な実施形態は、例としてだけのものであり、本発明の範囲を限定するように意図されてはいないことが理解される。例えば、本明細書において記載された材料および構造体の多くは、本発明の精神を逸脱することなく、他の材料および構造体によって置換されうる。本発明が機能する理由に関する理論を、限定的なものにする意図はないことが理解される。例えば、電荷移動に関する理論を、限定的なものにする意図はない。
【０１２０】
材料の定義:
本明細書において使用される略語は、以下の材料を指す:
CBP:        4,4'-N,N-ジカルバゾール-ビフェニル
m-MTDATA    4,4'4''-トリス(3-メチルフェニルフェニルアミノ)トリフェニルアミン
Alq3:       8-トリス-ヒドロキシキノリンアルミニウム
Bphen:      4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン
n-BPhen:    n-ドープしたBPhen(リチウムでドープした)
F4-TCNQ:    テトラフルオロ-テトラシアノ-キノジメタン
p-MTDATA    p-ドープしたm-MTDATA(F4-TCNQでドープした)
Ir(ppy)3:   トリス(2-フェニルピリジン)-イリジウム
Ir(ppz)3:   トリス(1-フェニルピラゾロト,N,C(2')イリジウム(III)
BCP:        2,9-ジメチル-4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン
TAZ:        3-フェニル-4-(1'-ナフチル)-5-フェニル-1,2,4-トリアゾール
CuPc:       銅フタロシアニン
ITO:        インジウムスズ酸化物
NPD:        N,N'-ジフェニル-N-N'-ジ(1-ナフチル)-ベンジジン
TPD:        N,N'-ジフェニル-N-N'-ジ(3-トリル)-ベンジジン
BAlq:      アルミニウム(III)ビス(2-メチル-8-キノリナート)4-フェニルフェノレート
mCP:        1,3-N,N-ジカルバゾール-ベンゼン
DCM:        4-(ジシアノエチレン)-6-(4-ジメチルアミノスチリル-2-メチル)-4H-ピラン
DMQA:       N,N'-ジメチルキナクリドン
PEDOT:PSS:  ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)およびポリスチレンスルホネート(PSS)の水性分散体
【０１２１】
［実施例］
本発明の具体的な代表的実施形態を、このような実施形態を製造する方法を含めて、記述することにする。具体的な方法、材料、条件、工程パラメータ、装置などは、本発明の範囲を必ずしも限定するものではないことが理解される。
【０１２２】
(実施例1)
ビス[5-フェニル-3'-メチル(2-フェニルキノリン)]イリジウムアセチルアセトネート[Ir(5-Ph-3'-Mepq)2(acac)]の合成
ステップ1  3-ビフェニルボロン酸(3)の合成
【０１２３】
【化２９】
2007522126.tif 000031
【０１２４】
フェニルボロン酸(1)(106.2g、871.4mmol)、3-ブロモフェニルボロン酸(2)(35.0g、174.2mmol)、酢酸パラジウム(9.8g、4.357mmol)、トリフェニルホスフィン(4.64g、17.4mmol)、および2M K2CO3水溶液(470ml)を、ジメトキシエタン950mLに添加し、17時間還流した。混合物を室温に冷却し、水層を有機層から分離した。次いで、酢酸エチル200mLを用いて、水層を2回抽出した。有機層を一緒にし、食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウム上で乾燥した。固形物を真空濾過により除去し、有機溶媒を蒸発させて粗生成物を得た。粗生成物をクーゲルロール蒸留により精製すると、3(30g、86.7%)が得られた。
【０１２５】
ステップ2  5-フェニル-3'-メチル(2-フェニルキノリン)(5)の合成
【０１２６】
【化３０】
2007522126.tif 000032
【０１２７】
2-クロロ-3-メチルキノリン(4)(14.7g、0.09mol)、3-ビフェニルボロン酸(3)(21.3g、0.11mol)、酢酸パラジウム(0.5g、2.24mmol)、トリフェニルホスフィン(2.4g、8.96mmol)、K2CO3(121mL、2M溶液)、および1,2-ジメトキシエタン(132mL)を、N2下で、80℃で10時間加熱した。冷却した混合物を、200mLの水に注ぎ、酢酸エチルにより抽出した(100mL×3)。有機層を食塩水で洗浄し、MgSO4上で乾燥した。溶媒を蒸発させ、残留物を220℃において170マイクロ(micro)でクーゲルロール蒸留にかけると、5(20g、84%)が得られた。
【０１２８】
ステップ3 ビス[5-フェニル-3'-メチル(2-フェニルキノリン)]イリジウムジクロロ架橋二量体(6)の合成
【０１２９】
【化３１】
2007522126.tif 000033
【０１３０】
化合物5(15g、50.82mmol、2当量)を、2-エトキシエタノール120mLに添加し、溶液を攪拌した。次いで、IrCl3.4H2O(9.418g、25.4mmol、2当量)を攪拌している溶液に添加した。反応物を132℃で加熱し、N2でパージしながら90時間攪拌した。溶液を冷却し、濾過した。赤みがかった固形物をエタノールで2回洗浄し、真空中で乾燥して粗化合物6を得た。これを、塩化メチレン(〜1300mL)に再溶解し、濾過した。集めた濾液を乾燥して、6(14.57g、70%)を得た。
【０１３１】
ステップ4 ビス[5-フェニル-3'-メチル(2-フェニルキノリン)]イリジウムアセチルアセトネート[Ir(5-Ph-3'-Mepq)2(acac)]の合成
【０１３２】
【化３２】
2007522126.tif 000034
【０１３３】
6(14.57g、8.93mmol)、2,4-ペンタンジオン(8.9g、89.3mmol)、および炭酸ナトリウム(18.93g、178.6mmol)を、2-エトキシエタノール116mLに添加し、混合物を窒素雰囲気下で、100℃で16時間加熱した。次いで、冷却した混合物を濾過した。集めた沈殿物を500mLの水に添加し、1時間攪拌した。次いで、この混合物を真空濾過し、メタノールで洗浄して生成物を得た。次いで、溶離液として塩化メチレンを使用して、この生成物をシリカゲルカラムで精製した。画分を集め、溶媒を蒸発させると、Ir(5-Ph-3'-Mepq)2(acac)(9.83g、62%)が得られた。
【０１３４】
(実施例2)
トリス[5-フェニル-3'-メチル(2-フェニルキノリン)]イリジウム[Ir(5-Ph-3'-Mepq)3]の合成
【０１３５】
【化３３】
2007522126.tif 000035
【０１３６】
窒素雰囲気を有する250mL(HEL低圧自動反応器システム)に、テトラリンを50mL、トリス(アセチルアセトネート)イリジウム(III)を1.82g(0.0038mol)および5を16.47g(0.0558mol)添加し、190℃〜225℃で16日間加熱した。反応混合物/スラリを、45℃〜50℃に冷却し、塩化メチレン30mLで希釈し、過剰な5を除去した。一緒にした母液を、ロータリーエバポレータ(rotovap)により85℃〜90℃で濃縮し、Ir(5-Ph-3'-Mepq)3を含有する暗色粗オイル40.16gを得た。この粗生成物の混合物を、シリカゲルのプラグを通して濾過し、トルエンで洗い流した。シリカカラムからの、一緒にされた母液およびトルエンの洗浄液を、ロータリーエバポレータで濃縮すると、Ir(5-Ph-3'-Mepq)3を含有する粗オイル38.4gが得られた。静置させた状態で、オイルから結晶が析出し、その結晶をシクロヘキサンで希釈し、単離すると5が4.72g得られた。一緒にした母液をロータリーエバポレータで再び濃縮すると、暗色オイル32.84gが生じ、これを真空蒸留すると、約84%のナフタレンおよび13%のテトラリンを含有する留出物21.7gと、Ir(5-Ph-3'-Mepq)3を含有するタール約7.6gのポット残留物が得られた。生成物のタール7.6gを塩化メチレンに溶解し、シリカゲルのカラムに移し、体積比が50/50の塩化メチレン/ヘキサン混合物で溶離した。いくつかの画分を集め、Ir(5-Ph-3'-Mepq)3を含有するものを、前と同様にロータリーエバポレータで個別に濃縮すると、それぞれ、2.4gおよび0.35gが得られた。粗製のIr(5-Ph-3'-Mepq)3濃縮物を一緒にした2.75gに、トルエンを加えた。残留ナフタレンを溶解させるために、混合物を水浴上で90℃に加熱し、冷却し、赤い固形物を単離すると、粗製Ir(5-Ph-3'-Mepq)3が0.74g得られた。引き続き、生成物0.69gを、少量のDMFから再結晶した。明るい赤のIr(5-Ph-3'-Mepq)3を集め、トルエン5mLで3回、続いてヘキサン10mLで3回洗浄した。生成物Ir(5-Ph-3'-Mepq)3を98℃で真空乾燥すると、赤い固形物として0.5gが得られた。
【０１３７】
(実施例3)
ビス[5-フェニル-3'-メチル(2-フェニルピリジン)]イリジウムアセチルアセトネート[Ir(5-Ph-3'-Meppy)2(acac)]の合成
ステップ1  5-フェニル-3'-メチル(2-フェニルピリジン)(10)
【０１３８】
【化３４】
2007522126.tif 000036
【０１３９】
2-ブロモ-3-メチルピリジン(9)(14.17g、82.6mmol)、3-ビフェニルボロン酸(3)(13.8g、69.7mmol)、トリフェニルホスフィン(1.52g、5.7mmol)、Na2CO3(16.64g、157.0mmol)および酢酸パラジウム(II)(0.33g、0.015mmol)を、窒素雰囲気下で21時間、ジメトキシエタン250mLおよび水120mL中で還流した。酢酸エチルを反応混合物に添加し、水を分離した。有機層をNa2SO4上で乾燥し、濾過し、溶媒を除去すると粗生成物が生じ、これを、90%ヘキサンおよび10%酢酸エチルを溶離液として使用し、シリカゲルカラムで精製すると、明るい茶色のオイルとして10(15.58g)を得た。
【０１４０】
ステップ2  ビス[5-フェニル-3'-メチル(2-フェニルピリジン)]イリジウムジクロロ架橋二量体(11)
【０１４１】
【化３５】
2007522126.tif 000037
【０１４２】
10を13.3gおよびIrCl3.3H2O(9.74g)を一緒にして、窒素雰囲気下で21時間、2-メトキシエタノール210mLおよび水100mL中で還流した。冷却した反応混合物を濾過し、固形物をエタノール次いでヘキサンにより2回洗浄し、オーブンで、60℃で乾燥すると、黄色の固体として11(14.05g)が得られた。
【０１４３】
ステップ3  ビス[5-フェニル-3'-メチル(2-フェニルピリジン)]イリジウムアセチルアセトネート[Ir(5-Ph-3'-Meppy)2(acac)]
【０１４４】
【化３６】
2007522126.tif 000038
【０１４５】
11(5.0g)、2,4-ペンタンジオン(3.49g)およびNa2CO3(7.38g)を一緒にして、N2雰囲気下で22時間、2-メトキシエタノール300mL中で還流した。冷却した反応混合物を濾過し、水で3回、エタノールで2回、ヘキサンで2回洗浄し、オーブンで60℃で乾燥した。粗生成物を、シリカゲルカラム(70%塩化メチレン/30%ヘキサン、体積分率)を使用して精製し、オレンジ色の固体2.10gを得た。次いで、この材料を最小量のCH2Cl2に溶解し、メタノールから再結晶化した。この材料を昇華によりさらに精製すると、生成物としてIr(5-Ph-3'-Meppy)2(acac)(0.25g)が得られた。
【０１４６】
(実施例4)
デバイスの製造および測定
すべてのデバイスを、高真空(<10-7トール)熱蒸発法により製造する。アノードは、〜1200Åのインジウムスズ酸化物(ITO)である。カソードは、10ÅのLiFと続く1000ÅのAlからなる。すべてのデバイスを、製造直後に、窒素のグローブボックス(H2OおよびO2<1ppm)内で、エポキシ樹脂により封止されたガラスの蓋でカプセルに封止し、パッケージ内に吸湿剤を入れる。
【０１４７】
電流-電圧-輝度(IVL)特性および動作寿命を測定し、下表にまとめた。緑色および赤色発光デバイスについて、それぞれ300cd/m2および600cd/m2の典型的なディスプレイの輝度レベルを、個々のデバイス間の比較をするために選択した。
【０１４８】
【表１】
2007522126.tif 000039
【０１４９】
(実施例5)
有機積層は、正孔注入層(HIL)としての100Å厚の銅フタロシアニン(CuPc)、正孔輸送層(HTL)としての400Å厚の4,4'-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル(α-NPD)、発光層(EML)としての、Ir(5-Ph-3'-Mepq)2(acac)を12重量%ドーピングした300Å厚の4,4'-ビス(N-カルバゾリル)ビフェニル(CBP)からなる。ETL2は、150Åのアルミニウム(III)ビス(2-メチル-8-キノリナト)4-フェニルフェノレート(BAlq)である。ETL1は、400Å厚のトリス(8-ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Alq3)である。
【０１５０】
(実施例6)
有機積層は、正孔注入層(HIL)としての100Å厚の銅フタロシアニン(CuPc)、正孔輸送層(HTL)としての400Å厚の4,4'-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル(α-NPD)、発光層(EML)としての、Ir(5-Ph-3'-Mepq)3を12重量%ドーピングした300Å厚の4,4'-ビス(N-カルバゾリル)ビフェニル(CBP)からなる。ETL2は、150Åのアルミニウム(III)ビス(2-メチル-8-キノリナト)4-フェニルフェノレート(BAlq)である。ETL1は、400Å厚のトリス(8-ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Alq3)である。
【０１５１】
(比較例1)
有機積層は、正孔注入層(HIL)としての100Å厚の銅フタロシアニン(CuPc)、正孔輸送層(HTL)としての400Å厚の4,4'-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル(α-NPD)、発光層(EML)としての、Ir(3'-Mepq)2(acac)を12重量%ドーピングした300Å厚の4,4'-ビス(N-カルバゾリル)ビフェニル(CBP)からなる。ETL2は、150Åのアルミニウム(III)ビス(2-メチル-8-キノリナト)4-フェニルフェノレート(BAlq)である。ETL1は、400Å厚のトリス(8-ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Alq3)である。
【０１５２】
(実施例7)
有機積層は、正孔注入層(HIL)としての100Å厚の銅フタロシアニン(CuPc)、正孔輸送層(HTL)としての300Å厚の4,4'-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル(α-NPD)、発光層(EML)としての、Ir(5-Ph-3'-Meppy)2(acac)を6重量%ドーピングした300Å厚の4,4'-ビス(N-カルバゾリル)ビフェニル(CBP)からなる。ETL2は、100Åのアルミニウム(III)ビス(2-メチル-8-キノリナト)4-フェニルフェノレート(BAlq)である。ETL1は、400Å厚のトリス(8-ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Alq3)である。
【０１５３】
(比較例2)
有機積層は、正孔注入層(HIL)としての100Å厚の銅フタロシアニン(CuPc)、正孔輸送層(HTL)としての300Å厚の4,4'-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル(α-NPD)、発光層(EML)としての、Ir(ppy)2(acac)を6重量%ドーピングした300Å厚の4,4'-ビス(N-カルバゾリル)ビフェニル(CBP)からなる。ETL2は、100Åのアルミニウム(III)ビス(2-メチル-8-キノリナト)4-フェニルフェノレート(BAlq)である。ETL1は、400Å厚のトリス(8-ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Alq3)である。
【０１５４】
すべてのデバイスを、電流-電圧および輝度特性、加えてスペクトル出力特性も測定することにより特徴づけた。実施例5のデバイス特性を、図(Figure)3〜11に示す。実施例6のデバイス特性を、図(Figure)12〜15に示す。実施例7のデバイス特性を、図(Figure)16〜18に示す。デバイスの安定性は、実施例5では480cd/m2;実施例6では510cd/m2;実施例7では955cd/m2の初期輝度をそれぞれ有し、室温または60℃において40mA/cm2の定電流密度で駆動される条件下で、デバイスの輝度を時間の関数として測定することによって特徴付けた。デバイスの性能および寿命を、表1に示す。
【０１５５】
本発明は、特定の実施例および好ましい実施形態について記述されているが、本発明はこれらの実施例および実施形態に限定されるものではないことが理解される。例えば、燐光材料は、立体および/または構造異性体を含むことができる。従って、特許請求の範囲に記載されている本発明は、当業者には明らかなように、本明細書において記載された特定の実施例および好ましい実施形態からの変形形態を含む。
【図面の簡単な説明】
【０１５６】
【図１】Fig.1は、分離した電子輸送、正孔輸送、および発光層、加えてその他の層を有する有機発光デバイスを示す図である。
【図２】Fig.2は、分離した電子輸送層を有していないインバーテッド有機発光デバイスを示す図である。
【図３】Fig.3は、ドーパントの濃度が6%および12%であるIr(5-Ph-3'-Mepq)2(acac)デバイスの、電流密度対電圧の対数目盛のグラフである(すべてのドーパント濃度は、特段の記述がない限り、重量%である)。
【図４】Fig.4は、ドーパントの濃度が6%および12%であるIr(5-Ph-3'-Mepq)2(acac)デバイスの、発光効率(cd/A)対輝度(cd/m2)電圧のグラフである。
【図５】Fig.5は、ドーパントの濃度が6%および12%であるIr(5-Ph-3'-Mepq)2(acac)デバイスの、電力効率(lm/W)対輝度(cd/m2)のグラフである。
【図６】Fig.6は、ドーパントの濃度が6%および12%であるIr(5-Ph-3'-Mepq)2(acac)デバイスの、輝度(cd/m2)対電圧のグラフである。
【図７】Fig.7は、ドーパントの濃度が6%および12%であるIr(5-Ph-3'-Mepq)2(acac)デバイスの、電流密度対電圧の線形目盛のグラフである。
【図８】Fig.8は、ドーパントの濃度が6%および12%であるIr(5-Ph-3'-Mepq)2(acac)デバイスの、正規化された電界発光スペクトルおよび対応するCIE座標を示す図である。
【図９】Fig.9は、6%および12%がドープされた、発光材料としてIr(5-Ph-3'-Mepq)2(acac)を使用したデバイスの外部量子効率対電流密度を示すグラフである。
【図１０】Fig.10は、室温で、40mA/cm2の一定電流で駆動されている、ドーパントの濃度が6%および12%であるIr(5-Ph-3'-Mepq)2(acac)デバイスの、正規化された輝度減衰を示すグラフである。
【図１１】Fig.11は、480cd/m2の初期輝度を有し、60℃で、一定電流で駆動されている、ドーパントの濃度が6%および12%であるIr(5-Ph-3'-Mepq)2(acac)デバイスの、正規化された輝度対時間を示すグラフである。
【図１２】Fig.12は、ドーパントの濃度が12%であるIr(5-Ph-3'-Mepq)3デバイスの、電流密度および輝度(cd/m2)対電圧を示すグラフである。
【図１３】Fig.13は、ドーパントの濃度が12%であるIr(5-Ph-3'-Mepq)3デバイスの、発光効率(cd/A)および電力効率(lm/W)対輝度(cd/m2)のグラフである。
【図１４】Fig.14は、室温で、40mA/cm2の一定電流で駆動されている、ドーパントの濃度が12%であるIr(5-Ph-3'-Mepq)3デバイスの、正規化された輝度減衰を示すグラフである。
【図１５】Fig.15は、480cd/m2の初期輝度を有し、60℃で、一定電流で駆動されている、ドーパントの濃度が12%であるIr(5-Ph-3'-Mepq)3デバイスの、正規化された輝度対時間を示すグラフである。
【図１６】Fig.16は、ドーパントの濃度が6%であるIr(5-Ph-3'-Meppy)2(acac)デバイスの、電流密度および輝度(cd/m2)対電圧のグラフである。
【図１７】Fig.17は、ドーパントの濃度が12%であるIr(5-Ph-3'-Meppy)2(acac)デバイスの、発光効率(cd/A)および電力効率(lm/W)対輝度(cd/m2)のグラフである。
【図１８】Fig.18は、室温で、40mA/cm2の一定電流で駆動されている、ドーパントの濃度が6%であるIr(5-Ph-3'-Meppy)2(acac)デバイスの、正規化された輝度減衰を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１５７】
100  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  電子阻止層
135  発光層
140  正孔阻止層
145  電子輸送層
150  電子注入層
155  保護層
160  カソード
162  第1導電層
164  第2導電層
200  インバーテッドOLED
210  基板
215  カソード
220  発光層
225  正孔輸送層
230  アノード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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