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JP7488091B2 - 有機エレクトロルミネセンス材料及びデバイス - Google Patents

有機エレクトロルミネセンス材料及びデバイス Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本願は、その開示内容の全体を参照により本明細書に援用する、２０１８年１１月２８日出願の米国仮出願第６２／７７２，４０３号に対する優先権を米国特許法第１１９条（ｅ）の定めにより主張する、２０１９年１１月１４日出願の同時係属中の米国特許出願第１６／６８３，５０７号の一部継続出願である。
本開示は、一般に、有機金属化合物及び組成物、並びに有機発光ダイオード及び関連する電子デバイスなどのデバイスにおける発光体を含むそれらの各種使用に関する。
有機材料を利用する光電子デバイスは、各種理由から、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、有機発光ダイオード／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。
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。
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。若しくは、ＯＬＥＤは、白色光を照射するように設計することができる。従来の、白色バックライトからの液晶ディスプレイ発光は、吸収フィルターを用いてフィルタリングされ、赤色、緑色、及び青色発光を生成する。同様の技術は、ＯＬＥＤでも用いられることができる。白色ＯＬＥＤは、単一の発光層（ＥＭＬ）デバイス又は積層体構造のいずれかであることができる。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。
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有機発光層とを含む有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）が開示され、前記有機発光層は、最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）エネルギー及び最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）エネルギーを有する第１のホスト材料と、ＨＯＭＯエネルギー及びＬＵＭＯエネルギーを有する発光体材料とを含む。発光体は、リン光金属錯体及び遅延蛍光発光体からなる群から選択される。前記有機発光層における発光体とホスト材料は、次の条件を満たす：ａ≦ＥＴ－ΔＥ≦ｂ；式中、ＥＴは、前記発光体の三重項エネルギーＴ１であって、前記有機発光層中の全ての材料の中で最も低いＴ１エネルギーであり；ΔＥは、高いＨＯＭＯエネルギーと低いＬＵＭＯエネルギーとの間のエネルギーギャップであり；ａは、０．００～最大０．１５ｅＶであり、ｂは、０．０５～最大０．４５ｅＶであり；前記ＯＬＥＤの発光スペクトルは、有機発光層が第１の発光体と不活性ホストとからなるＯＬＥＤの発光スペクトルと少なくとも９５％同一（ｌｉｋｅ）である。「高いＨＯＭＯエネルギー」は、有機発光層中の全ての材料の中で最も高いＨＯＭＯエネルギーとして定義され、「低いＬＵＭＯエネルギー」は、有機発光層中の全ての材料の中で最も低いＬＵＭＯエネルギーとして定義される。
前記ＯＬＥＤを含む消費者製品も開示される。
図１は、有機発光デバイスを示す。
図２は、別の電子輸送層を有さない、反転された有機発光デバイスを示す。
図３は、ホスト化合物５と３にそれぞれドープされた発光体１化合物と発光体２化合物の測定したフォトルミネッセンス強度（ＰＬ）のプロットを示し、いずれのスペクトルも１に規格化されており、ピーク波長を４６８ｎｍにシフトさせている。
図４は、２種類の膜、即ち、ホスト化合物３に１２ｖｏｌ．％でドープされた発光体の膜と、及びホスト化合物５に１２ｖｏｌ．％でドープされた同一発光体の第２の膜との間のＰＬスペクトルにおける差の絶対値のプロットを示し、いずれのスペクトルも１に規格化されており、ピーク波長を４６８ｎｍにシフトさせている。これら２種類の膜間の差を、発光体１及び発光体２についてプロットしている。
図５は、ホスト化合物５に（１２ｖｏｌ．％で）ドープされた発光体１の規格化されシフトされたＰＬスペクトルと、化合物５と化合物４の混合物である（化合物４が６０ｖｏｌ．％）ホストに（１２ｖｏｌ．％で）ドープされた発光体１の規格化されシフトされたＥＬスペクトルのプロットを示す。
図６は、化合物５と、化合物１、２、３、及び４との４種類の混合物にドープされた発光体１の規格化されシフトされたＥＬスペクトルを示す。
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１の導電層１６２及び第２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Ｆ４－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層を有する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と称されることができる。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、幾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及び図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、本開示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及び図２に関して記述されている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及び図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有機蒸気ジェット印刷（ＯＶＪＰ）等の堆積法の幾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、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、低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。非対称構造を有する材料は、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低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。
特段の断りがない限り、本明細書に使用される下記用語は、以下のように定義される。
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低分子有機材料を含む。「低分子」は、ポリマーでない任意の有機材料を指し、且つ「低分子」は実際にはかなり大型であってよい。低分子は、幾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、「低分子」クラスから分子を排除しない。低分子は、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。低分子は、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低分子発光体であってよい。デンドリマーは「低分子」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全て低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１の層が第２の層「の上に配置されている」と記述される場合、第１の層のほうが基板から遠くに配置されている。第１の層が第２の層「と接触している」ことが指定されているのでない限り、第１の層と第２の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、分散若しくは輸送されることができ、且つ／又は該媒質から堆積され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ように、第１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１のエネルギー準位が真空エネルギー準位に近ければ、第２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ように、第１の仕事関数がより高い絶対値を有するならば、第１の仕事関数は第２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。
「ハロ」、「ハロゲン」、及び「ハライド」という用語は、相互交換可能に使用され、フッ素、塩素、臭素、及びヨウ素を指す。
「アシル」という用語は、置換されたカルボニル基（Ｃ（Ｏ）－Ｒｓ）を指す。
「エステル」という用語は、置換されたオキシカルボニル（－Ｏ－Ｃ（Ｏ）－Ｒｓ又は－Ｃ（Ｏ）－Ｏ－Ｒｓ）基を指す。
「エーテル」という用語は、－ＯＲｓ基を指す。
「スルファニル」又は「チオエーテル」という用語は、相互交換可能に使用され、－ＳＲｓ基を指す。
「スルフィニル」という用語は、－Ｓ（Ｏ）－Ｒｓ基を指す。
「スルホニル」という用語は、－ＳＯ２－Ｒｓ基を指す。
「ホスフィノ」という用語は、－Ｐ（Ｒｓ）３基を指し、各Ｒｓは、同一であっても異なっていてもよい。
「シリル」という用語は、－Ｓｉ（Ｒｓ）３基を指し、各Ｒｓは、同一であっても異なっていてもよい。
「ボリル」という用語は、－Ｂ（Ｒｓ）２基、又はそのルイス（Ｌｅｗｉｓ）付加物－Ｂ（Ｒｓ）３基を指し、Ｒｓは同一であっても異なっていてもよい。
上記のそれぞれにおいて、Ｒｓは、水素である、又は重水素、ハロゲン、アルキル、シクロアルキル、ヘテロアルキル、ヘテロシクロアルキル、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、及びこれらの組合せからなる群から選択される置換基であることができる。好ましいＲｓは、アルキル、シクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、及びこれらの組合せからなる群から選択される。
「アルキル」という用語は、直鎖及び分岐鎖アルキル基の両方を指し、含む。好ましいアルキル基としては、１個から１５個までの炭素原子を含むものであり、メチル、エチル、プロピル、１－メチルエチル、ブチル、１－メチルプロピル、２－メチルプロピル、ペンチル、１－メチルブチル、２－メチルブチル、３－メチルブチル、１，１－ジメチルプロピル、１，２－ジメチルプロピル、及び２，２－ジメチルプロピル等が挙げられる。更に、前記アルキル基は、任意に置換されていてもよい。
「シクロアルキル」という用語は、単環式、多環式、及びスピロアルキル基を指し、含む。好ましいシクロアルキル基は、３～１２個の環炭素原子を含むものであり、シクロプロピル、シクロペンチル、シクロヘキシル、ビシクロ［３．１．１］ヘプチル、スピロ［４．５］デシル、スピロ［５．５］ウンデシル、アダマンチルなどが挙げられる。更に、前記シクロアルキル基は、任意に置換されていてもよい。
「ヘテロアルキル」又は「ヘテロシクロアルキル」という用語は、それぞれ、ヘテロ原子によって置換された少なくとも１つの炭素原子を有するアルキル基又はシクロアルキル基を指す。任意に、少なくとも１つのヘテロ原子は、Ｏ、Ｓ、Ｎ、Ｐ、Ｂ、Ｓｉ、及びＳｅ、好ましくはＯ、Ｓ、又はＮから選択される。更に、前記ヘテロアルキル基又は前記ヘテロシクロアルキル基は、任意に置換されていてもよい。
「アルケニル」という用語は、直鎖及び分枝鎖のアルケン基の両方を指し、含む。アルケニル基は、本質的に、アルキル鎖中に少なくとも１つの炭素－炭素二重結合を含むアルキル基である。シクロアルケニル基は、本質的に、シクロアルキル環中に少なくとも１つの炭素－炭素二重結合を含むシクロアルキル基である。本明細書で使用される「ヘテロアルケニル」という用語は、ヘテロ原子によって置換された少なくとも１つの炭素原子を有するアルケニル基を指す。任意に、少なくとも１つのヘテロ原子は、Ｏ、Ｓ、Ｎ、Ｐ、Ｂ、Ｓｉ、及びＳｅ、好ましくはＯ、Ｓ、又はＮから選択される。好ましいアルケニル、シクロアルケニル、又はヘテロアルケニル基は、２～１５個の炭素原子を含むものである。更に、前記アルケニル、前記シクロアルケニル、又は前記ヘテロアルケニル基は、任意に置換されていてもよい。
「アルキニル」という用語は、直鎖及び分枝鎖アルキン基の両方を指し、含む。アルキニル基は、本質的に、アルキル鎖に少なくとも１つの炭素－炭素三重結合を含むアルキル基である。好ましいアルキニル基は、２～１５個の炭素原子を含むものである。更に、前記アルキニル基は、任意に置換されていてもよい。
「アラルキル」又は「アリールアルキル」という用語は、相互交換可能に使用され、アリール基で置換されたアルキル基を指す。更に、前記アラルキル基は、任意に置換されていてもよい。
「複素環式基（ヘテロ環基；ｈｅｔｅｒｏｃｙｃｌｉｃ ｇｒｏｕｐ）」という用語は、少なくとも１つのヘテロ原子を含む芳香族及び非芳香族の環式基を指し、含む。任意に、前記少なくとも１つのヘテロ原子は、Ｏ、Ｓ、Ｎ、Ｐ、Ｂ、Ｓｉ、及びＳｅ、好ましくはＯ、Ｓ、又はＮから選択される。ヘテロ芳香族環式基は、ヘテロアリールと相互交換可能に使用され得る。好ましいヘテロ非芳香族環式基は、３～７個の環原子を含むものであって、少なくとも１つのヘテロ原子を含み、モルホリノ、ピペリジノ、ピロリジノなどの環式アミン、及び例えばテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、テトラヒドロチオフェンなどの環式エーテル／チオエーテルを含む。更に、前記複素環式基は、任意に置換されていてもよい。
「アリール」という用語は、単環式芳香族ヒドロカルビル基及び多環式芳香族環系の両方を指し、含む。多環とは、２つの隣接する環（前記環は、「縮合」している）に２つの炭素が共有されている２つ以上の環を有することができ、前記環の少なくとも１つは、芳香族ヒドロカルビル基であり、例えば、他の環は、シクロアルキル、シクロアルケニル、アリール、ヘテロ環、及び／又はヘテロアリールであることができる。好ましいアリール基は、６～３０個の炭素原子を含むものであり、６～２０個の炭素原子を含むものが好ましく、６～１２個の炭素原子を含むものが更に好ましい。６個の炭素を有するアリール基、１０個の炭素を有するアリール基、又は１２個の炭素を有するアリール基が特に好ましい。好適なアリール基としては、フェニル、ビフェニル、トリフェニル、トリフェニレン、テトラフェニレン、ナフタレン、アントラセン、フェナレン、フェナンスレン、フルオレン、ピレン、クリセン、ペリレン、及びアズレン等が挙げられ、フェニル、ビフェニル、トリフェニル、トリフェニレン、フルオレン、及びナフタレンが好ましい。更に、前記アリール基は、任意に置換されていてもよい。
「ヘテロアリール」という用語は、少なくとも１つのヘテロ原子を含む単環式芳香族基及び多環式芳香族環系の両方を指し、含む。ヘテロ原子としては、Ｏ、Ｓ、Ｎ、Ｐ、Ｂ、Ｓｉ、及びＳｅが挙げられるが、これらに限定されない。多くの例においては、Ｏ、Ｓ、又はＮが好ましいヘテロ原子である。ヘテロ単環式芳香族系は、好ましくは５個又は６個の環原子を有する単環であり、前記環は１～６個のヘテロ原子を有することができる。ヘテロ多環式環系は、２つの原子が２つの隣接する環（前記環は「縮合している」）に共通している２つ以上の環を有することができ、前記環の少なくとも１つはヘテロアリールであり、例えば、他の環は、シクロアルキル、シクロアルケニル、アリール、ヘテロ環、及び／又はヘテロアリールであることができる。複素多環式芳香族環系は、多環式芳香族環系の環当たり１～６個のヘテロ原子を有することができる。好ましいヘテロアリール基は、３～３０個の炭素原子を含むものであり、３～２０個の炭素原子を含むものが好ましく、３～１２個の炭素原子を含むものがより好ましい。好適なヘテロアリール基としては、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が挙げられ、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、カルバゾール、インドロカルバゾール、イミダゾール、ピリジン、トリアジン、ベンズイミダゾール、１，２－アザボリン、１，３－アザボリン、１，４－アザボリン、ボラジン、及びこれらのアザ類似体が好ましい。更に、前記ヘテロアリール基は、任意に置換されていてもよい。
上記にリストされる前記アリール及び前記ヘテロアリール基のうち、トリフェニレン、ナフタレン、アントラセン、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、カルバゾール、インドロカルバゾール、イミダゾール、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、トリアジン、及びベンズイミダゾールの基、並びにそのそれぞれのアザ類似体が、特に興味深い。
本明細書において使用される用語であるアルキル、シクロアルキル、ヘテロアルキル、ヘテロシクロアルキル、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、アラルキル、複素環基、アリール、及びヘテロアリールは、独立して非置換である、又は独立して１つ以上の一般的な置換基で置換される。
多くの例において、前記一般的な置換基は、重水素、ハロゲン、アルキル、シクロアルキル、ヘテロアルキル、ヘテロシクロアルキル、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、カルボン酸、エーテル、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、ボリル、及びこれらの組合せからなる群から選択される。
幾つかの例において、好ましい一般的な置換基は、重水素、フッ素、アルキル、シクロアルキル、ヘテロアルキル、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、アリール、ヘテロアリール、ニトリル、イソニトリル、スルファニル、ボリル、及びこれらの組合せからなる群から選択される。
幾つかの例においては、より好ましい一般的な置換基は、重水素、フッ素、アルキル、シクロアルキル、アルコキシ、アリールオキシ、アミノ、シリル、ボリル、アリール、ヘテロアリール、スルファニル、及びこれらの組合せからなる群から選択される。
更に他の例においては、最も好ましい一般的な置換基は、重水素、フッ素、アルキル、シクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、及びこれらの組合せからなる群から選択される。
「置換された」及び「置換」という用語は、関連する位置（例えば炭素又は窒素）に結合されているＨ以外の置換基を指す。例えば、Ｒ１がモノ置換を表す場合、１つのＲ１はＨ以外でなければならない（即ち、置換）。同様に、Ｒ１がジ置換を表す場合、Ｒ１の２つはＨ以外でなければならない。同様に、Ｒ１がゼロ又は無置換を表す場合、Ｒ１は、例えば、ベンゼンにおける炭素原子及びピロール中の窒素原子の場合のように、環原子の利用可能な原子価における水素であることができる、又は完全に満たされた原子価を有する環原子（例えば、ピリジン中の窒素）の場合には単に何も表さない。環構造において可能な置換の最大数は、環原子における利用可能な原子価の総数に依存する。
本明細書中で使用される場合、「これらの組合せ」は、適用されるリストから当業者が想到することができる、知られた又は化学的に安定な配置を形成するために、適用されるリストの１つ以上のメンバーが組み合わされることを示す。例えば、アルキル及び重水素は、組み合わされて、部分的又は完全に重水素化されたアルキル基を形成することができる；ハロゲン及びアルキルは、組み合わされて、ハロゲン化アルキル置換基を形成することができる；ハロゲン、アルキル、及びアリールは、組み合わされて、ハロゲン化アリールアルキルを形成することができる。１つの例においては、置換という用語は、リストされた基の２～４個の組合せを含む。別の例においては、置換という用語は、２～３個の基の組合せを含む。更に別の例では、置換という用語は、２個の基の組合せを含む。置換基の好ましい組合せは、水素又は重水素でない５０個までの原子を含むもの、又は水素又は重水素ではない４０個までの原子を含むもの、又は水素若しくは重水素ではない３０個までの原子を含むものである。多くの例においては、置換基の好ましい組合せは、水素又は重水素ではない２０個までの原子を含む。
本明細書において記述されるフラグメント、例えば、アザ－ジベンゾフラン、アザ－ジベンゾチオフェン等の中の「アザ」という名称は、各芳香族環中のＣ－Ｈ基の１つ以上が窒素原子に置き換わることができることを意味し、例えば、何ら限定するものではないが、アザトリフェニレンは、ジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリンとジベンゾ［ｆ，ｈ］キノリンのいずれをも包含する。当業者であれば、上述のアザ誘導体の他の窒素類似体を容易に想像することができ、このような類似体全てが本明細書に記載の前記用語によって包含されることが意図される。
本明細書で使用される場合、「重水素」は、水素の同位体を指す。重水素化化合物は、当該分野で公知の方法を用いて容易に調製されることができる。例えば、それらの内容の全体を参照によって援用する、米国特許第８，５５７，４００号明細書、国際公開第ＷＯ２００６／０９５９５１号、及び米国特許出願公開第２０１１／００３７０５７号には、重水素で置換された有機金属錯体の作製が記載されている。更なる参照は、それらの内容の全体を参照によって組み込まれる、Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ ２０１５，７１，１４２５～３０（Ｍｉｎｇ Ｙａｎら）及びＡｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．（Ｒｅｖｉｅｗｓ）２００７，４６，７７４４～６５（Ａｔｚｒｏｄｔら）によって為され、ベンジルアミン中のメチレン水素の重水素化及び芳香族環水素を重水素で置換する効率的な経路が、それぞれ記載されている。
分子フラグメントが置換基であるとして記述される、又は他の部分に結合されているものとして記述される場合、その名称は、フラグメント（例えば、フェニル、フェニレン、ナフチル、ジベンゾフリル）又は分子全体（例えば、ベンゼン、ナフタレン、ジベンゾフラン）であるように記載されることがあることを理解されたい。本明細書においては、置換基又は結合フラグメントの表示の仕方が異なっていても、これらは、等価であると考える。
ある例においては、対の隣接する置換基は、任意に結合又は縮合し、環を形成することができる。好ましい環は、５員環、６員環、又は７員環の炭素環又は複素環であり、対の置換基によって形成される環の部分が飽和されている例及び対の置換基によって形成される環の部分が不飽和である例の両方を含む。本明細書中で使用される「隣接する」は、安定した縮合環系を形成することができる限り、関連する２つの置換基が、互いに隣り合って同じ環上にあることができる、又はビフェニルにおける２位と２’位、及びナフタレンにおける１位と８位など、２つの最も近い利用可能な置換可能位置を有する２つの隣どうしの環上にあることができることを意味する。
本開示のＯＬＥＤ
エキサイプレックス発光スペクトルは、ブロードなことが知られている。しかし、多くのＯＬＥＤ用途では、ＯＬＥＤデバイスが、狭い発光スペクトルを有することが望ましい。例えば、青色マイクロキャビティのために最も高い効率を有する非常に飽和度の高い色にするためには、ＯＬＥＤは、狭いスペクトルの発光体を必要とする。更に、ＯＬＥＤデバイスの安定化（即ち、より長い寿命）は、より低いＬＵＭＯ準位の材料をデバイスに用いることによって、達成することができる。したがって、ＯＬＥＤ中でのエキサイプレックスの生成は、通常、避けるべきものである。しかし、多くの場合、エキサイプレックスは、ＯＬＥＤ発光層中の最も浅い（即ち、最も高い）ＨＯＭＯ準位の材料と、最も深い（即ち、最も低い）ＬＵＭＯ準位の材料との間で生成され得る。そして、ＯＬＥＤデバイスの全体的な発光は、エキサイプレックスからの発光によって品位の低下につながり得る。発光が、エキサイプレックスの発光と発光体の発光との混合である場合もあれば、発光が、全てエキサイプレックスによるものである場合もある。
発光体の発光スペクトルよりも赤色側の発光スペクトルを有するエキサイプレックスを含むものの、エキサイプレックスからの発光が抑制され、発光体の発光が依然として全体的なＯＬＥＤ発光スペクトルの主となるＯＬＥＤ構成が開示される。これは、多くの種々の手段で達成される。１つの実施形態は、ＨＯＭＯ及びＬＵＭＯ準位によって決定されるエキサイプレックスのエネルギーが発光体の三重項エネルギーＴ１のエネルギーよりも低くても、ホスト材料と発光体との間のエキサイプレックスの生成がＯＬＥＤの発光スペクトルの一部とならないように発光体を設計することである。
本開示の前には、エキサイプレックスがＯＬＥＤ中の最も低いエネルギー状態である場合でも、ＯＬＥＤの発光に対するエキサイプレックスの影響を抑制できることは知られていなかった。
エキサイプレックスの生成が生じる場合と生じない場合との間の差を数学的に決定するのを助けるために、本発明者らは、二乗平均平方根（ＲＭＳＤ）関数、即ち、下記に示す式（１）を用いる。この関数は、全波長での２つのスペクトル間の差の平均である１つの値を与える。
式（１）中、ｎは、点の総数であり、Ｉ１及びＩ２は、波長λの関数としての規格化された強度スペクトル（エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）又はフォトルミネッセンス（ＰＬ））である。重要なこととして、比較されるスペクトルが同一ピーク波長にシフトされ、規格化され、これにより、材料を、誘電率が異なる材料に入れることに起因し得るスペクトル差の一部が排除される。関数Ｉ１及びＩ２は、一定数の波長に対して既存データを内挿することによって達成できる点の数が完全に同一である必要があり、且つ、ここでも内挿によって達成可能な同一の波長範囲をカバーする必要がある。この関数の汎用性を実証するために、本発明者らは、まず、ホスト化合物５及び３に１２体積％でドープした発光体１及び発光体２の、測定したフォトルミネッセンス強度（ＰＬ）をプロットし、いずれのスペクトルも１の値に規格化されており、ピーク波長を４６８ｎｍにシフトさせている。このプロットを図３に示す。化合物５のエネルギー準位に基づくと、各発光体とのエキサイプレックス生成の可能性はゼロである。化合物５における各発光体のＰＬスペクトルは、いずれか一方が、分子のエネルギー論によりエキサイプレックス生成が予測される場合に例えることができることを表す。発光体１及び２を化合物３にドープした場合、材料のエネルギー準位から、何が起こるか予測できる。化合物３における両発光体の場合、発光体が最も高いＨＯＭＯを有し、化合物３が最も低いＬＵＭＯを有する。次いで、本発明者らは、化合物３にドープされたこれらの発光体について、ΔＥ発光体１＝｜－５．３３－ －２．７８｜＝２．５５ｅＶとΔＥ発光体２＝｜－５．３５－ －２．７８｜＝２．５７ｅＶの各場合における、最も高いエネルギーＨＯＭＯと最も低いエネルギーＬＵＭＯに基づいて生じるエキサイプレックスのエネルギー差（ΔＥ）を計算することができる。発光体１及び発光体２のいずれの場合も、ΔＥは、三重項エネルギーＥＴの２．７３及び２．８１ｅＶよりもそれぞれ小さく、このことは、エキサイプレックスが、発光体と化合物３との間で生成することを示す。実際に、図３から分かるように化合物３中の発光体２の場合、更にブロードで赤色シフトした発光が観測された。本発明者らは、化合物３中の発光体２のＰＬスペクトルの歪みは、２つの材料間でのエキサイプレックス生成を示唆すると考える。反対に、発光体２のスペクトルは、フォトルミネッセンス発光体の三重項エネルギーが、ＥＴ－ΔＥ発光体２＞０として数学的に表現できるエキサイプレックスのエネルギーΔＥよりも大きいという、エキサイプレックス生成のエネルギー基準を満たす場合であっても、化合物５にドープされたときに殆ど変化がない。
２種類の膜間のＰＬスペクトルの差を表し、エキサイプレックス生成を決定するための定量的方法を提供する１つの数字を計算する手段として、本発明者らは、ホスト化合物３及び５における発光体１及び発光体２それぞれのＰＬスペクトルの差を、波長の関数としてプロットする。各発光体について、化合物３及び化合物５における発光体の規格化されシフトされたスペクトル間の差の絶対値を、図４にプロットする。
図４のプロットから、発光体１と発光体２は、ホスト化合物３及び５にドープしたときに挙動が異なることが示される。発光体１は、２種類のホスト化合物にドープしたときに差を殆ど示さなかった。しかし、多くの波長で、発光体２は、化合物５を化合物３と比較したときにＰＬスペクトルの顕著な差を示した。重要なこととしては、最大の差の値が、～５００ｎｍ～＞６５０ｎｍの波長範囲で生じたことであり、これは、化合物５におけるＰＬと比較して変化した化合物３中の発光体２のＰＬスペクトル（図３）と同一領域である。両発光体における～４３０ｎｍから～４８０ｎｍのシャープな形状は、最大値の周りのＰＬ強度の形状が僅かに異なり大きな差をもたらしているという事実に起因する。この差は、各材料が、急傾斜領域の周りの測定したＰＬスペクトルにおける微差をもたらす誘電率を有することを理由とすると予想される、又はデータの元々のサンプリングに差があり、それが高傾斜領域の周りに内挿したことにより生じ得る。
図４に示されるプロットに基づき、本発明者らは、各スペクトルのＲＭＳＤ値を計算することができる。本発明者らは、発光体１のＲＭＳＤ（１２体積％でホスト化合物３及び５にドープされた発光体１のＰＬスペクトルを比較することによる）は、０．０２１であり、一方、発光体２のＲＭＳＤ（１２体積％でホスト化合物３及び５にドープされた発光体２のＰＬスペクトルを比較することによる）は、０．１９８であることを見出した。ＲＭＳＤ関数は、（図３に示される実験的に観測されるエキサイプレックス生成に基づく）エキサイプレックスを生成するホストと発光体の組合せの場合、約１０ｘであり、これは、材料の組合せがエキサイプレックスを生成するかどうかを判定し、定量的な数を生成する上でのＲＭＳＤ使用の有効性を示している。
次に、種々のスペクトルを比較したときに生じるＲＭＳＤのベースラインレベルを決定した。まず、種々のタイプのスペクトル測定のＲＭＳＤ値を計算した。図５は、ホスト化合物５にドープされた発光体１（１２ｖｏｌ．％）の規格化されシフトされたＰＬスペクトルと、化合物５と化合物４の混合物であるホストにドープされた発光体１（化合物４が６０ｖｏｌ．％及び１２ｖｏｌ．％の発光体１）の規格化されシフトされたＥＬスペクトルのプロットを示す。ＲＭＳＤは、０．０１２と非常に低い。発光層（ＥＭＬ）組成物が、４０ｖｏｌ．％の化合物３及び１０又は１５ｖｏｌ．％の発光体１でドープされた化合物５であるＥＬのＲＭＳＤも計算した。ＲＭＳＤは、０．００７３であった。ＥＭＬ組成物が、２０ｖｏｌ．％の化合物３及び１５ｖｏｌ．％の発光体１でドープした化合物５から６０ｖｏｌ．％の化合物３及び１５ｖｏｌ．％の発光体１でドープした化合物５であるＥＬのＲＭＳＤも計算した。ＲＭＳＤは、０．０１４７であった。スペクトルを生成する、発光体ドーピングのパーセンテージを変更する、及びＥＭＬ中のホストの比を変更するという各種方法から生成される、スペクトル（ＥＬ対ＰＬ）を比較するためのＲＭＳＤが、いずれも低い値であることを考慮すると、ＲＭＳＤが、スペクトルを比較するための堅固な（ｒｏｂｕｓｔ）方法であることが示される。本発明者らは、更に、予想されるエキサイプレックスが存在しない多くの種々のスペクトルについて調べ、０．０５を超えるＲＭＳＤの差に意味があり、エキサイプレックス生成が顕著と考えられ得る良好な値であることを見出した。
純粋に数学的な表現の言葉による記述への変換が有用である場合がある。ＲＭＳＤは、類似の記述に言い換えることができる。例えば、比較される２つのスペクトルが同一である場合、ＲＭＳＤは０である。そのような２つのスペクトルは、完全に同一又は１００％同一である。したがって、次の関係：（１－ＲＭＳＤ）＊１００を用いてパーセンテージとして、２つのスペクトル間の同一性を定義及び定量することができる。したがって、本文脈においては、≧９５％同一である全てのスペクトルを、０．０５未満のＲＭＳＤの値が有意な差ではないという事実により同一であるとみなす。
以下の表１は、化合物１～５及び発光体１及び２のＨＯＭＯ、ＬＵＭＯ、三重項エネルギーＴ１、及び予測されるエキシマーエネルギー準位を示す。発光体１及び２のいずれの場合も、化合物１、２、及び３は、エネルギー準位に基づいてエキサイプレックスを生成する一方、化合物４及び５は生成しない。ＨＯＭＯエネルギーは、サイクリックボルタンメトリーから導出される第１の酸化ポンテンシャルから推定される。ＬＵＭＯエネルギーは、サイクリックボルタンメトリーから導出される第１の還元ポンテンシャルから推定される。発光体化合物の三重項エネルギーＴ１は、７７Ｋにおけるフォトルミネッセンスからのピーク波長を用いて測定される。発光体－ホストの組合せを選ぶときに、ａ≦ＥＴ－ΔＥ≦ｂの条件が満たされれば、エキサイプレックスが生成する。ａ≦ＥＴ－ΔＥ≦ｂにおいて、ＥＴは、前記発光体の三重項エネルギーＴ１であって、前記有機発光層中の全ての材料の中で最も低いＴ１エネルギーであり、ΔＥは、前記有機発光層中で最も高いＨＯＭＯエネルギーを有する材料のＨＯＭＯエネルギーと、前記有機発光層中で最も低いＬＵＭＯエネルギーを有する材料のＬＵＭＯエネルギーとの間のエネルギーギャップであり、ａは、０．００～最大０．１５ｅＶの値を有し、ｂは、０．０５～最大０．４５ｅＶの値を有する。しかし、前記条件は、適切な発光体を設計することによって満たされ、前記ＯＬＥＤは、有機発光層が第１の発光体と不活性ホストとからなるＯＬＥＤの発光スペクトルと少なくとも９５％同一である発光スペクトルを有する。
化合物５と、化合物１、２、３、及び４との４種類の混合物にドープされた発光体１のＥＬスペクトルを図６に示す。各ホスト化合物１～４について、次の式にしたがって調製した混合物：４０ｖｏｌ．％の化合物１と１２ｖｏｌ．％の発光体１でドープした化合物５；４０ｖｏｌ．％の化合物２と１２ｖｏｌ．％の発光体１でドープした化合物５；４０ｖｏｌ．％の化合物３と１２ｖｏｌ．％の発光体１でドープした化合物５；４０ｖｏｌ．％の化合物４と１２ｖｏｌ．％の発光体１でドープした化合物５。本発明者らは、化合物５と１、２、又は３の混合物を、エキサイプレックス生成がエネルギー的に予測されない化合物４でドープした化合物５と比較するＲＭＳＤが、それぞれ０．０２０１、０．０３０６、及び０．０２３９であることを見出した。分かり易く言えば、ホストを化合物４から化合物１、２、又は３に変更すること以外は同一組成のＥＭＬは、いずれも互いに対して３％以下で同一であり、したがって、有効に同一である。そのため、発光体のＨＯＭＯ準位とホストのＬＵＭＯ準位のエネルギー論からエキシマー生成が存在するであろうと予測されたとしても、発光体１とこれらのホストとの間にはエキシマー生成がない。この結果は、全く予想外のものである。何ら理論に拘束されるものではないが、この予想外の結果は、発光体に由来する立体効果の可能性がある。励起子のエネルギーは、空間的コンポーネントを有し、波動関数のホール及び電子の各部分の間の距離が上昇するにつれて、上昇する。発光体の立体的コンポーネントが、発光体とＥ型ホストとの間でエキサイプレックスが生成される距離を上昇させる場合、それは、より高いエキサイプレックスエネルギーにつながり、エキサイプレックスのエネルギーを、発光体の三重項エネルギーＴ１よりも大きくなるように押し上げる。したがって、より大きな立体的保護を有する発光体分子は、より低いＬＵＭＯ準位を有するＥ型ホストの使用を可能とし、これが、デバイス全体の安定化につながる。デバイスに用いることができるエネルギー準位の範囲を広げることの利点は、特に、青色発光体にとって有益である。したがって、本明細書に開示されるＯＬＥＤ構成は、安定なＯＬＥＤ、特に安定な青色リン光ＯＬＥＤを達成するために、発光体分子を設計し、適切なホスト系、特にｅ－ホストを選択するためのロードマップを提供する。
表１において、各ＥＭＬ混合物のΔＥを、まず、混合物中のどの化合物が高いＨＯＭＯエネルギー（ＥＭＬ混合物中の全ての材料の中で最も高いＨＯＭＯエネルギー）を有するかと、混合物中のどの化合物が低いＬＵＭＯエネルギー（ＥＭＬ混合物中の全ての材料の中で最も低いＬＵＭＯエネルギー）を有するかを決定することによって計算する。次に、ΔＥは、高いＨＯＭＯエネルギーと低いＬＵＭＯエネルギーとの間のエネルギーギャップである。続いて、ＥＴ－ΔＥと、次の条件ａ≦ＥＴ－ΔＥ≦ｂ（式中、ＥＴは、前記第１の発光体の三重項エネルギーＴ１であって、前記有機発光層中の全ての材料の中で最も低いＴ１エネルギーであり；ａは、０．００～最大０．１５ｅＶであり、ｂは、０．０５～最大０．４５ｅＶである）が満たされるかどうかを決定する。
表１に示されるデータで言及される化合物を以下に示す。
溶液サイクリックボルタンメトリー及び微分パルスボルタンメトリーを、無水ジメチルホルムアミド溶媒とテトラブチルアンモニウムヘキサフルオロホスフェートを支持電解質として用いるＣＨインスツルメンツモデル６２０１Ｂポテンシオスタットを用いて行った。ガラス状炭素、並びに白金及び銀ワイヤを、作動電極、対向電極、及び参照電極としてそれぞれ用いた。電子化学電位は、微分パルスボルタンメトリーからピーク電位差を測定することにより、内部フェロセン－フェロセニウムレドックス対（Ｆｃ＋／Ｆｃ）を参照とした。ＥＨＯＭＯ＝－［（Ｅｏｘ１対Ｆｃ＋／Ｆｃ）＋４．８］、ＥＬＵＭＯ＝－［（Ｅｒｅｄ１対Ｆｃ＋／Ｆｃ）＋４．８］であり、式中、Ｅｏｘ１は、第１の酸化電位であり、Ｅｒｅｄ１は、第１の還元電位である。
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有機発光層とを含む有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）が、本明細書に開示される。前記有機発光層は、最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）エネルギー及び最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）エネルギーを有する第１のホスト材料と、ＨＯＭＯエネルギー及びＬＵＭＯエネルギーを有する発光体材料とを含む。発光体は、リン光金属錯体及び遅延蛍光発光体からなる群から選択される。前記有機発光層における発光体とホスト材料は、次の条件を満たす：ａ≦ＥＴ－ΔＥ≦ｂ；式中、ＥＴは、前記発光体の三重項エネルギーＴ１であって、前記有機発光層中の全ての材料の中で最も低いＴ１エネルギーであり；ΔＥは、高いＨＯＭＯエネルギーと低いＬＵＭＯエネルギーとの間のエネルギーギャップであり；ａは、０．００～最大０．１５ｅＶであり、ｂは、０．０５～最大０．４５ｅＶであり；前記ＯＬＥＤの発光スペクトルは、有機発光層が第１の発光体と不活性ホストとからなるＯＬＥＤの発光スペクトルと少なくとも９５％同一である。「高いＨＯＭＯエネルギー」は、有機発光層中の全ての材料の中で最も高いＨＯＭＯエネルギーとして定義され、「低いＬＵＭＯエネルギー」は、有機発光層中の全ての材料の中で最も低いＬＵＭＯエネルギーとして定義される。
幾つかの実施形態においては、有機発光層中の全ての材料が混合物であることができる。この混合物は、均一な混合物であることができる、又は有機発光層の各成分が発光層中の厚みに亘って勾配のある濃度であることができる。濃度勾配は、線形、非線形、正弦波形などであることができる。
発光体は、リン光金属錯体又は遅延蛍光発光体であることできる。
ＯＬＥＤの幾つかの実施形態においては、ａは、０．１５ｅＶである。幾つかの実施形態においては、ａは、０．１０ｅＶである。幾つかの実施形態においては、ａは、好ましくは、０．０５ｅＶである。幾つかの実施形態においては、ｂは、０．０５ｅＶである。幾つかの実施形態においては、ｂは、０．１５ｅＶである。幾つかの実施形態においては、ｂは、０．２５ｅＶである。幾つかの実施形態においては、ｂは、好ましくは、０．３５ｅＶである。幾つかの実施形態においては、ＥＴは、少なくとも２．６０ｅＶである。幾つかの実施形態においては、ＥＴは、少なくとも２．６５ｅＶである。幾つかの実施形態においては、ＥＴは、少なくとも２．７０ｅＶである。幾つかの実施形態においては、ＥＴは、好ましくは、少なくとも２．７５ｅＶである。
ＯＬＥＤの幾つかの実施形態においては、高いＨＯＭＯエネルギーは、発光体のＨＯＭＯエネルギーであり、低いＬＵＭＯエネルギーは、第１のホストのＬＵＭＯエネルギーである。幾つかの実施形態においては、高いＨＯＭＯエネルギーは、第１のホストのＨＯＭＯエネルギーであり、低いＬＵＭＯエネルギーは、発光体のＬＵＭＯエネルギーである。
幾つかの実施形態においては、ＯＬＥＤは、第２のホストを更に含み、高いＨＯＭＯエネルギーが、第１のホストのＨＯＭＯエネルギーであり、低いＬＵＭＯエネルギーが、第２のホストのＬＵＭＯエネルギーである。幾つかの実施形態においては、高いＨＯＭＯエネルギーが、第２のホストのＨＯＭＯエネルギーであり、低いＬＵＭＯエネルギーが、第１のホストのＬＵＭＯエネルギーである。
第２のホストを含むＯＬＥＤの幾つかの実施形態においては、第１のホスト、第２のホスト、及び発光体のみが、発光層の成分である。幾つかの実施形態においては、第１のホスト、第２のホスト、及び発光体のみが、発光層の成分である。
幾つかの実施形態においては、ＯＬＥＤは、１０ｍＡ／ｃｍ２で６．０Ｖ未満の動作電圧を有する。幾つかの実施形態においては、ＯＬＥＤは、１０ｍＡ／ｃｍ２で５．０Ｖ未満の動作電圧を有する。幾つかの実施形態においては、ＯＬＥＤは、１０ｍＡ／ｃｍ２で４．０Ｖ未満の動作電圧を有する。
ＯＬＥＤの幾つかの実施形態においては、第１のホストが、トリフェニレン、カルバゾール、インドロカルバゾール、ベンゾチオフェン、ベンゾフラン、ジベンゾチオフェン、ジベンゾフラン、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、トリアジン、イミダゾール、ボリル、５，９－ジオキサ－１３ｂ－ボラナフト［３，２，１－ｄｅ］アントラセン、及びそれらのアザ－バリアントからなる群から選択される少なくとも１つの化学基を含む。
ＯＬＥＤの幾つかの実施形態においては、発光体は、リン光青色発光体である。ここで、青色発光体は、その発光λｍａｘが４９０ｎｍ未満、４８０ｎｍ未満、４７０ｎｍ未満、又は好ましくは４６０ｎｍ未満である、又はＣＩＥ座標における発光が、Ｘ＜０．３、＜０．２５、＜０．２、又は好ましくは＜０．１８、且つＹ＜０．５、＜０．４、＜０．３、又は好ましくは＜０．２であるリン光発光体を意味する。
ＯＬＥＤの幾つかの実施形態においては、発光体は、式Ｍ（Ｌ１）ｘ（Ｌ２）ｙ（Ｌ３）ｚを有し；Ｌ１、Ｌ２、及びＬ３は、同一であっても異なっていてもよく；ｘは、１、２、又は３であり；ｙは、０、１、又は２であり；ｚは、０、１、又は２であり；ｘ＋ｙ＋ｚは、金属Ｍの酸化状態であり；Ｌ１、Ｌ２、及びＬ３は、それぞれ独立して、下記からなる群から選択される：
式中、各Ｘ１～Ｘ１７は、独立して、炭素及び窒素からなる群から選択され；Ｘは、ＢＲ’、ＮＲ’、ＰＲ’、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｃ＝Ｏ、Ｓ＝Ｏ、ＳＯ２、ＣＲ’Ｒ’’、ＳｉＲ’Ｒ’’、及びＧｅＲ’Ｒ’’からなる群から選択され；Ｒ’及びＲ’’は、縮合又は結合して環を形成してもよく；各Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、及びＲｄは、モノ置換から可能な最大の置換数を表すことができる、又は無置換を表すことができ；Ｒ’、Ｒ’’、Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、及びＲｄは、それぞれ独立して、水素である、又は本明細書に定義される一般的な置換基からなる群から選択される置換基であり；任意の２つのＲａ、Ｒｂ、Ｒｃ、及びＲｄは、縮合又は結合して環を形成する又は多座配位子を形成してもよい。
幾つかの実施形態においては、Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、及びＲｄの少なくとも１つは、互いに隣接して縮合しない少なくとも３つの６員芳香環を含む化学基を含む。幾つかの実施形態においては、Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、及びＲｄの少なくとも１つは、互いに隣接して縮合しない少なくとも４つの６員芳香環を含む化学基を含む。幾つかの実施形態においては、Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、及びＲｄの少なくとも１つは、互いに隣接して縮合しない少なくとも５つの６員芳香環を含む化学基を含む。幾つかの実施形態においては、Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、及びＲｄの少なくとも１つは、互いに隣接して縮合しない少なくとも６つの６員芳香環を含む化学基を含む。幾つかの実施形態においては、Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、及びＲｄの少なくとも１つは、ターフェニル（より好ましくは、メタ－ターフェニル）又はＮ－フェニルカルバゾールを含む化学基を含む。幾つかの実施形態においては、Ｒａは、本明細書に記載される化学基を含む。嵩高い基を、発光体錯体の配位子周辺に付加するより詳細な記述は、別の場所、例えば、参照によりその全体を本明細書に援用する米国出願第１６／８０７，８７７に詳述されている。
発光体が式Ｍ（Ｌ１）ｘ（Ｌ２）ｙ（Ｌ３）ｚを有するＯＬＥＤの幾つかの実施形態においては、発光体は、Ｉｒ（Ｌ１）（Ｌ２）（Ｌ３）、Ｉｒ（Ｌ１）２（Ｌ２）、及びＩｒ（Ｌ１）３からなる群から選択される式を有することができ、式中、Ｌ１、Ｌ２、及びＬ３は、異なっており、それぞれ独立して下記からなる群から選択される。
発光体が式Ｍ（Ｌ１）ｘ（Ｌ２）ｙ（Ｌ３）ｚを有する化合物の幾つかの実施形態においては、発光体は、式Ｐｔ（Ｌ１）２又はＰｔ（Ｌ１）（Ｌ２）を有することができ、Ｌ１及びＬ２は、それぞれ異なる二座配位子である。幾つかの実施形態においては、Ｌ１は、他方のＬ１又はＬ２に結合し、四座配位子を形成する。幾つかの実施形態においては、発光体は、式Ｍ（Ｌ１）２又はＭ（Ｌ１）（Ｌ２）を有し、Ｍは、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｒｕ、又はＯｓであり、Ｌ１及びＬ２は、それぞれ異なる三座配位子である。幾つかの実施形態においては、Ｌ１は、下記からなる群から選択される。
発光体が式Ｐｔ（Ｌ１）２又はＰｔ（Ｌ１）（Ｌ２）を有するＯＬＥＤの幾つかの実施形態においては、発光体は、下記からなる以下の群１から選択される。
式中、各ＲＡ～ＲＦは、モノ置換から可能な最大の置換数を表すことができる、又は無置換を表すことができ；ＲＡ～ＲＦは、それぞれ独立して、水素である、又は本明細書に定義される一般的な置換基からなる群から選択される置換基であり；任意の２つのＲＡ～ＲＦは、縮合又は結合して環を形成する又は多座配位子を形成してもよい。幾つかの実施形態においては、ＲＡ～ＲＦの少なくとも１つは、互いに隣接して縮合しない少なくとも３つの６員芳香環を含む化学基を含む。
発光体が式Ｐｔ（Ｌ１）２又はＰｔ（Ｌ１）（Ｌ２）を有し且つ発光体が前記群１から選択されるＯＬＥＤの幾つかの実施形態においては、ＲＡは、互いに隣接して縮合しない少なくとも３つの６員芳香環を含む化学基を含む。
ＯＬＥＤの幾つかの実施形態においては、発光体は、Ｅ型遅延蛍光発光体である。
幾つかの実施形態においては、発光体は、式Ｄ－Ｌ－Ａを有し；Ｄは、電子供与体基であり、Ａは、電子受容体基であり、Ｌは、直接結合又はリンカーである。幾つかの実施形態においては、電子供与体基は、アミノ、インドール、カルバゾール、インドロカルバゾール、ベンゾチオフェン、ベンゾフラン、ジベンゾチオフェン、ジベンゾフラン、及びこれらの組合せからなる群から選択される少なくとも１つの化学部分を含む。幾つかの実施形態においては、電子受容体基は、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、トリアジン、ニトリル、イソニトリル、及びボリルからなる群から選択される少なくとも１つの化学部分を含む。
別の態様によれば、本明細書に開示される本発明ＯＬＥＤを含む消費者製品も開示される。消費者製品は、フラットパネルディスプレイ、コンピュータモニター、メディカルモニター、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、完全又は部分透明ディスプレイ、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、タブレット、ファブレット、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、ウェアラブルデバイス、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、ビューファインダー、対角で２インチ未満のマイクロディスプレイ、３－Ｄディスプレイ、バーチャルリアリティ又は拡張現実ディスプレイ、車両、共に並べた多重ディスプレイを含むビデオウォール、劇場又はスタジアムのスクリーン、光療法デバイス、及び看板のうちの１つであることができる。
一般に、前記したエネルギー要件がＥＭＬで満たされる限り、任意の金属錯体又は有機化合物を本開示のＯＬＥＤにおけるホスト材料として用いることができる。例えば、ホール輸送発光体を有する電子輸送ホスト（ｅ－ホスト）又はその逆であることができる。そのようなｅ－ホストのファミリーは、参照により本明細書にその内容を援用する、２０１９年１１月１４日出願の米国特許出願第１６／６８３，５０７号に開示されている。
本開示のＯＬＥＤのためのホスト化合物は、金属錯体であることができる。ホストとして用いられる金属錯体の例としては、下記一般式を有することが好ましい。
Figure 0007488091000015
 式中、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から金属に結合し得る配位子の最大数までの整数値であり；且つ、ｋ’＋ｋ’’は、金属に結合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、下記である。
Figure 0007488091000016
 式中、（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。
一態様において、前記ホスト化合物は、ベンゼン、ビフェニル、トリフェニル、トリフェニレン、テトラフェニレン、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、及び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り、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２から１０個の環式構造単位からなる群から選択される群の少なくとも１つを含む。各基内の各オプションは、非置換であることができる、又は重水素、ハロゲン、アルキル、シクロアルキル、ヘテロアルキル、ヘテロシクロアルキル、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、カルボン酸、エーテル、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、及びこ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置換されることができる。
一態様において、前記ホスト化合物は、分子中に、下記基の少なくとも１つを含む。
式中、Ｒ１０１は、水素、重水素、ハロゲン、アルキル、シクロアルキル、ヘテロアルキル、ヘテロシクロアルキル、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、カルボン酸、エーテル、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、及びこ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。ｋは０から２０又は１から２０までの整数である。Ｘ１０１～Ｘ１０８は、独立して、Ｃ（ＣＨを含む）又はＮから選択される。Ｚ１０１及びＺ１０２は、独立して、ＮＲ１０１、Ｏ、又はＳから選択される。
本明細書において開示される材料と組み合わせて、ＯＬＥＤ中に用いられることができるホスト材料の非制限的な例は、これらの材料を開示する文献と共に下記に例示される。
ＥＰ２０３４５３８、ＥＰ２０３４５３８Ａ、ＥＰ２７５７６０８、ＪＰ２００７２５４２９７、ＫＲ２０１０００７９４５８、ＫＲ２０１２００８８６４４、ＫＲ２０１２０１２９７３３、ＫＲ２０１３０１１５５６４、ＴＷ２０１３２９２００、ＵＳ２００３０１７５５５３、ＵＳ２００５０２３８９１９、ＵＳ２００６０２８０９６５、ＵＳ２００９００１７３３０、ＵＳ２００９００３０２０２、ＵＳ２００９０１６７１６２、ＵＳ２００９０３０２７４３、ＵＳ２００９０３０９４８８、ＵＳ２０１０００１２９３１、ＵＳ２０１０００８４９６６、ＵＳ２０１００１８７９８４、ＵＳ２０１０１８７９８４、ＵＳ２０１２０７５２７３、ＵＳ２０１２１２６２２１、ＵＳ２０１３００９５４３、ＵＳ２０１３１０５７８７、ＵＳ２０１３１７５５１９、ＵＳ２０１４００１４４６、ＵＳ２０１４０１８３５０３、ＵＳ２０１４０２２５０８８、ＵＳ２０１４０３４９１４、ＵＳ７１５４１１４、ＷＯ２００１０３９２３４、ＷＯ２００４０９３２０７、ＷＯ２００５０１４５５１、ＷＯ２００５０８９０２５、ＷＯ２００６０７２００２、ＷＯ２００６１１４９６６、ＷＯ２００７０６３７５４、ＷＯ２００８０５６７４６、ＷＯ２００９００３８９８、ＷＯ２００９０２１１２６、ＷＯ２００９０６３８３３、ＷＯ２００９０６６７７８、ＷＯ２００９０６６７７９、ＷＯ２００９０８６０２８、ＷＯ２０１００５６０６６、ＷＯ２０１０１０７２４４、ＷＯ２０１１０８１４２３、ＷＯ２０１１０８１４３１、ＷＯ２０１１０８６８６３、ＷＯ２０１２１２８２９８、ＷＯ２０１２１３３６４４、ＷＯ２０１２１３３６４９、ＷＯ２０１３０２４８７２、ＷＯ２０１３０３５２７５、ＷＯ２０１３０８１３１５、ＷＯ２０１３１９１４０４、ＷＯ２０１４１４２４７２、ＵＳ２０１７０２６３８６９、ＵＳ２０１６０１６３９９５、ＵＳ９４６６８０３
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。幾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。
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、米国特許第５，８４４，３６３号明細書、米国特許第６，３０３，２３８号明細書、及び米国特許第５，７０７，７４５号明細書において記述されている。
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」、Ｎａｔｕｒｅ、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１の導電層１６２及び第２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Ｆ４－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層を有する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と称されることができる。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、幾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及び図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、本開示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及び図２に関して記述されている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及び図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有機蒸気ジェット印刷（ＯＶＪＰ）等の堆積法の幾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、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、低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。非対称構造を有する材料は、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低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。
本開示の実施形態に従って製作されたデバイスは、バリア層を更に含んでいてよい。バリア層の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。バリア層は、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。バリア層は、単層又は多層を含んでいてよい。バリア層は、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バリア層に使用してよい。バリア層は、無機若しくは有機化合物又は両方を組み込み得る。好ましいバリア層は、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、ポリマー材料及び非ポリマー材料の混合物を含む。「混合物」とみなされるためには、バリア層を含む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。非ポリマー材料に対する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製され得る。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。
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１の導電層
１６４ 第２の導電層
１７０ バリア層
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 (12)

  1. 発光スペクトルを有する有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）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有機発光層とを含み、前記有機発光層が、
    最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）エネルギー及び最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）エネルギーを有する第１のホストと、
    ＨＯＭＯエネルギー及びＬＵＭＯエネルギーを有する発光体とを含み、
    前記有機発光層における全ての材料が互いに混合されており、
    前記発光体が、リン光金属錯体及び遅延蛍光発光体からなる群から選択され、
    高いＨＯＭＯエネルギーが、前記有機発光層中の全ての材料の中で最も高いＨＯＭＯエネルギーであり、
    低いＬＵＭＯエネルギーが、前記有機発光層中の全ての材料の中で最も低いＬＵＭＯエネルギーであり、
    ａ≦ＥＴ－ΔＥ≦ｂであり；式中、ＥＴは、前記発光体の三重項エネルギーＴ１であって、前記有機発光層中の全ての材料の中で最も低いＴ１エネルギーであり、ΔＥは、前記高いＨＯＭＯエネルギーと前記低いＬＵＭＯエネルギーとの間のエネルギーギャップであり、ａは、０．００～最大０．１５ｅＶであり、ｂは、０．０５～最大０．４５ｅＶであり；
    前記ＯＬＥＤの前記発光スペクトルが、前記発光体と前記発光体との間でＥ Ｔ －ΔＥ＜０を満たすホストとからなる有機発光層を有するＯＬＥＤの発光スペクトルと比較されたとき、少なくとも９５％同一であり、
    前記発光体が、式Ｍ（Ｌ １ ） ｘ （Ｌ ２ ） ｙ （Ｌ ３ ） ｚ を有する、ことを特徴とする有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）。
    （式中
    Ｌ １ 、Ｌ ２ 、及びＬ ３ は、同一であっても異なっていてもよく；
    ｘは、１、２、又は３であり；
    ｙは、０、１、又は２であり；
    ｚは、０、１、又は２であり；
    ｘ＋ｙ＋ｚは、金属Ｍの酸化状態であり；
    Ｌ １ 、Ｌ ２ 、及びＬ ３ は、それぞれ独立して、下記からなる群から選択される：
    式中、各Ｘ １ ～Ｘ １７ は、独立して、炭素及び窒素からなる群から選択され；
    Ｘは、ＢＲ’、ＮＲ’、ＰＲ’、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｃ＝Ｏ、Ｓ＝Ｏ、ＳＯ ２ 、ＣＲ’Ｒ’’、ＳｉＲ’Ｒ’’、及びＧｅＲ’Ｒ’’からなる群から選択され；
    Ｒ’及びＲ’’は、縮合又は結合して環を形成してもよく；
    各Ｒ ａ 、Ｒ ｂ 、Ｒ ｃ 、及びＲ ｄ は、モノ置換から可能な最大の置換数を表すことができる、又は無置換を表すことができ；
    Ｒ’、Ｒ’’、Ｒ ａ 、Ｒ ｂ 、Ｒ ｃ 、及びＲ ｄ は、それぞれ独立して、水素である、又は水素、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、スルホニル、ホスフィノ、ボリル、及びこれらの組合せからなる群から選択され；
    任意の２つのＲ ａ 、Ｒ ｂ 、Ｒ ｃ 、及びＲ ｄ は、縮合又は結合して環を形成する又は多座配位子を形成してもよく、
    Ｌ １ における、Ｒ ａ 、Ｒ ｂ 、Ｒ ｃ 、及びＲ ｄ の少なくとも１つは、互いに隣接して縮合しない少なくとも３つの６員芳香環を含む化学基である。）
  2. 前記発光体が、リン光金属錯体又は遅延蛍光発光体である請求項１に記載のＯＬＥＤ。
  3. ＥＴが、少なくとも２．６０ｅＶである請求項１に記載のＯＬＥＤ。
  4. 前記高いＨＯＭＯエネルギーが発光体のＨＯＭＯエネルギーであり、前記低いＬＵＭＯエネルギーが第１のホストのＬＵＭＯエネルギーである請求項１に記載のＯＬＥＤ。
  5. 前記高いＨＯＭＯエネルギーが第１のホストのＨＯＭＯエネルギーであり、前記低いＬＵＭＯエネルギーが前記発光体のＬＵＭＯエネルギーである請求項１に記載のＯＬＥＤ。
  6. 前記ＯＬＥＤの前記有機発光層が第２のホストを更に含み、
    前記高いＨＯＭＯエネルギーが前記第１のホストのＨＯＭＯエネルギーであり、前記低いＬＵＭＯエネルギーが前記第２のホストのＬＵＭＯエネルギーであるか、又は、前記高いＨＯＭＯエネルギーが前記第２のホストのＨＯＭＯエネルギーであり、前記低いＬＵＭＯエネルギーが第１のホストのＬＵＭＯエネルギーである、請求項１に記載のＯＬＥＤ。
  7. 第１のホストが、トリフェニレン、カルバゾール、インドロカルバゾール、ベンゾチオフェン、ベンゾフラン、ジベンゾチオフェン、ジベンゾフラン、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、トリアジン、イミダゾール、ボリル、５，９－ジオキサ－１３ｂ－ボラナフト［３，２，１－ｄｅ］アントラセン、及びそれらのアザ－バリアントからなる群から選択される少なくとも１つの化学部分を含む請求項１に記載のＯＬＥＤ。
  8. 前記発光体が、リン光青色発光体である請求項１に記載のＯＬＥＤ。
  9. 前記発光体が、Ｉｒ（Ｌ １ ）（Ｌ ２ ）（Ｌ ３ ）、Ｉｒ（Ｌ １ ） ２ （Ｌ ２ ）、及びＩｒ（Ｌ １ ） ３ からなる群から選択される式を有する請求項１に記載のＯＬＥＤ。
    （式中、Ｌ １ 、Ｌ ２ 、及びＬ ３ は、異なっており、それぞれ独立して下記からなる群から選択される。）
  10. 前記発光体が、式Ｍ（Ｌ １ ） ２ 又はＭ（Ｌ １ ）（Ｌ ２ ）を有し、
    Ｍが、Ｐｔであり、Ｌ １ 及びＬ ２ が、それぞれ異なる二座配位子である；又は
    Ｍが、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｒｕ、又はＯｓであり、Ｌ １ 及びＬ ２ が、それぞれ異なる三座配位子である請求項１に記載のＯＬＥＤ。
  11. 前記発光体が、下記からなる群から選択される請求項１０に記載のＯＬＥＤ。
    （式中、各Ｒ Ａ ～Ｒ Ｆ は、モノ置換から可能な最大の置換数を表すことができる、又は無置換を表すことができ；
    Ｒ Ａ ～Ｒ Ｆ は、それぞれ独立して、水素である、又は重水素、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、スルホニル、ホスフィノ、ボリル、及びこれらの組合せからなる群から選択され；
    任意の２つのＲ Ａ ～Ｒ Ｆ は、縮合又は結合して環を形成する又は多座配位子を形成してもよく、Ｒ Ａ ～Ｒ Ｆ の少なくとも１つは、互いに隣接して縮合しない少なくとも３つの６員芳香環を含む化学基である。）
  12. 発光スペクトルを有する有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）を含む消費者製品であって、前記ＯＬＥＤが、請求項１に記載のＯＬＥＤであることを特徴とする消費者製品。
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