KR101257695B1 - 신규한 유기광전소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기광전소자 - Google Patents

신규한 유기광전소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기광전소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정공과 전자의 수송능력 및 열적 안정성이 우수한 하기 화학식 1의 유기광전소자용 화합물을 제공할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112008088953218-pat00001
상기 화학식 1에서 A, B1 내지 B3, C1, C2, 및 R1 내지 R4의 정의는 명세서에 기재된 바와 같다.
또한, 본 발명에 따른 상기 유기광전소자용 화합물은 수명 및 효율 특성이 우수한 유기광전소자를 제공할 수 있다.
유기광전소자, 정공, 전자, 수송능력, 열적 안정성, 수명, 효율

Description

신규한 유기광전소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기광전소자{Novel compound for organic photoelectric device and organic photoelectric device including the same}
본 발명은 신규한 유기광전소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기광전소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정공과 전자의 수송능력 및 열적 안정성이 우수한 유기광전소자용 화합물을 포함하여, 수명 및 효율 특성이 우수한 유기광전소자를 제공할 수 있는 유기광전소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기광전소자에 관한 것이다.
광전소자(photoelectric device)라 함은 넓은 의미로 빛 에너지를 전기에너지로 변환하거나, 그와 반대로 전기에너지를 빛 에너지로 변환하는 소자를 의미한다. 이러한 광전소자 중에서도 특히 유기전기발광소자(Organic Light Emitting Diodes, OLED)는 최근 평판 디스플레이의 수요가 증가함에 따라 주목받고 있다.
유기전기발광소자는 양극(anode)과 음극(cathode) 사이에 기능성 유기 박막 층이 삽입된 구조로 이루어져 있다. 이 때, 유기 박막층은 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층 등을 포함할 수 있고, 발광층의 발광특성상 전자 차단층 또는 정공 차단층을 추가로 포함할 수 있다.
1987년 이스트만 코닥(Eastman Kodak)사에서는 유기 박막층으로서 디아민 유도체의 정공 수송층과 트리스(8-히드록시-퀴놀레이트)알루미늄(tris(8-hydroxy-quinolate)aluminum, Alq3)의 전자 수송성 발광층을 적층한 구조를 사용한 유기전기발광소자를 처음으로 개발하였고, 1987년 C. W. Tang 등은 최초로 실용적인 성능을 가진 유기전기발광소자를 보고하였다(Appl. Phys. Lett., vol.51(12), 913, 1987). 그러나 상기 유기전기발광소자는 전기적 특성 및 수명 특성의 개선이 요구되었다.
유기전기발광소자는 양극에서 정공이 주입되고 음극에서 전자가 주입되면, 각각의 정공과 전자가 서로 상대 전극을 향해 이동하다가 재결합(recombination)하여 에너지가 높은 여기자(exciton)를 형성하게 된다. 이 때, 형성된 여기자가 기저상태(ground state)로 이동하면서 특정 파장을 가지는 빛이 발생하게 되는 것이다. 이러한 빛의 발광은 일중항 상태의 여기자를 이용하는 형광과 삼중항 상태의 여기자를 이용하는 인광으로 나뉠 수 있다. 최근에는 유기전기발광소자의 발광으로서 형광뿐 아니라 인광도 사용될 수 있음이 알려져 있다(Appl. Phys. Lett., 74(3), 442, 1999; Appl. Phys. lett., 75(1), 4, 1999).
이러한 인광을 이용하는 발광물질은 바닥상태에서 여기상태로 전자가 전이한 후, 계간 전이(intersystem crossing)를 통해 일중항 여기자가 삼중항 여기자로 비발광 전이된 다음, 삼중항 여기자가 바닥상태로 전이하면서 발광이 이루어진다. 이 때, 삼중항 여기자의 전이 시 직접 바닥상태로 전이할 수 없어(spin forbidden) 전자 스핀의 뒤바뀜(flipping)이 진행된 이후에 바닥상태로 전이되는 과정을 거치기 때문에 인광 발광물질의 경우 형광 발광물질보다 발광 지속시간이 길어지는 장점이 있다.
또한, 정공과 전자의 재결합에 의하여 발광 여기자가 형성되는 경우, 삼중항 발광 여기자가 일중항 발광 여기자 보다 3 배 가량 더 생성된다. 따라서 일중항 상태의 여기자를 이용하는 형광 발광물질의 경우 발광 효율의 한계가 존재한다. 반면에 인광 발광물질을 사용하면 삼중항 및 일중항 상태의 여기자를 모두 이용할 수 있으므로, 이론적으로는 내부 양자 효율 100%까지 가능하다. 따라서, 인광 발광물질을 사용하는 경우 형광 발광물질에 비해 4 배 정도 높은 발광효율을 달성할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 발광층에 사용되는 호스트 재료에 따라 발광소자의 효율과 성능이 달라질 수 있다. 또한, 발광 상태의 효율과 안정성을 증가시키기 위하여 발광층에 호스트 재료와 함께 도펀트를 첨가할 수도 있다. 특히, 상기 호스트 재료로는 4,4-N,N-다이카바졸바이페닐(CBP)이 주로 사용되었는데, 상기 화합물은 열안정성이 매우 낮은 단점이 있다. 또한, 화합물의 대칭성이 높아 결정화되기 용이하여, 소자의 온도가 상승할 경우, 단락이나 화소 결함이 발생할 수 있는 단점이 있다. 또한, 상기 화합물은 정공의 이동이 전자의 이동보다 빠르기 때문에 발광층에서 여기자가 효과적으로 형성되지 못하여 소자의 발광 효율이 감소하는 문제점이 있다.
따라서, 효율 및 수명이 우수한 유기광전소자를 구현하기 위해서는 전기적, 열적 안정성이 우수하고, 정공과 전자를 모두 잘 전달할 수 있는 바이폴라(bipolar) 특성을 가지는 인광의 호스트 재료 및 전하수송재료의 개발이 절실한 실정이다.
본 발명의 일 구현예는 정공과 전자의 수송능력이 우수한 유기광전소자용 화합물을 제공한다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 유기광전소자용 화합물을 포함하여 수명 및 효율 특성이 우수한 유기광전소자를 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 구현예는 하기 화학식 1로 표시되는 유기광전소자용 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112008088953218-pat00002
(상기 화학식 1에서 A는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 탄소수 6 내지 40의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄 소수 2 내지 40의 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 40의 알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 40의 알킬렌기로 이루어진 군에서 선택되는 것이고,
B1 내지 B3는 서로 같거나 다른 것으로 각각 독립적으로, CR 또는 N 이고, 단, B1 내지 B3 중에서 선택된 적어도 하나는 N이고, 상기 R은 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 40의 알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 40의 알킬렌기로 이루어진 군에서 선택되는 것이고, 이 때, R이 A와 서로 인접하는 경우, R 및 A는 융합링을 형성할 수 있고,
C1 및 C2는 서로 같거나 다른 것으로 각각 독립적으로, NR′ 또는 O이고, 상기 R′은 수소, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기이고,
R1 내지 R4는 서로 같거나 다른 것으로 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 40의 알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 것이다.)
본 발명의 다른 일 구현예는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 적어도 한 층 이상의 유기 박막층을 포함하는 유기광전소자에 있어서, 상기 유기 박막층 중 적어도 어느 한 층은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전소자용 화합물을 포함하는 유기광전소자를 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 구현예는 상기 유기광전소자를 포함하는 표시장치를 제공한다.
기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전소자용 화합물은 인광성의 발광을 이용하고, 유리전이온도(Tg) 및 열분해온도(Td)가 각각 110 ℃ 이상 및 400 ℃ 이상으로 우수한 열적 안정성을 가진다. 또한, 상기 유기광전소자용 화합물은 정공과 전자를 모두 잘 전달할 수 있는 바이폴라(bipolar) 특성을 가진다. 이로써, 본 발명의 다른 일 구현예는 상기 유기광전소자용 화합물을 포함하여, 수명 특성이 우수하고, 낮은 구동전압에서도 높은 발광효율을 가지는 유기광전소자를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구 범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에 있어서, "치환"이란 별도의 정의가 없는 한, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴아민기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기로 치환된 것을 의미한다.
또한, 본 명세서에서 "헤테로"란 별도의 정의가 없는 한, 하나의 고리내에 N, O, S, 또는 P의 헤테로 원자를 1 내지 3개 함유하고, 나머지는 탄소인 것을 의미한다.
본 발명의 일 구현예는 하기 화학식 1로 표시되는 유기광전소자용 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112008088953218-pat00003
(상기 화학식 1에서 A는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 탄소수 6 내지 40의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 40의 알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 40의 알킬렌기로 이루어진 군에서 선택되는 것이고,
B1 내지 B3는 서로 같거나 다른 것으로 각각 독립적으로, CR 또는 N 이고, 단, B1 내지 B3 중에서 선택된 적어도 하나는 N이고, 상기 R은 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 40의 알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 40의 알킬렌기로 이루어진 군에서 선택되는 것이고, 이 때, R이 A와 서로 인접하는 경우, R 및 A는 융합링을 형성할 수 있고,
C1 및 C2는 서로 같거나 다른 것으로 각각 독립적으로, NR′ 또는 O이고, 상기 R′은 수소, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기이고,
R1 내지 R4는 서로 같거나 다른 것으로 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 40의 알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 것이다.)
보다 구체적으로 상기 A는 카바졸기, 플루오렌기, 벤즈이미다졸기, 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴아민기로 치환되어 전자 및 정공의 이동 특성의 균형을 이룰 수 있다.
상기 B1 내지 B3 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상이 N인 경우에는 LUMO(Lowest unoccupied molecular obital) 에너지 준위를 낮추고, 분자의 전자친화도를 높여 전자의 주입 및 이동특성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 따라서, 전력 효율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
상기 C1 및 C2 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상이 NR′인 경우, 화합물의 전자 수송능력을 향상시킬 수 있고, 비정질 특성을 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 서로 인접하는 두 종류의 상기 R1 내지 R4는 융합링을 형성하지 않는 것이 좋다. 만약, 융합링을 형성하는 경우에는 발광파장이 장파장 방향으로 이동(shift)하게 되므로, 녹색 영역에서는 사용하지 못하게 되는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전소자용 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 것을 사용하는 경우, 화합물의 비정질 특성뿐만 아니라 유기광전소자의 발광 특성을 개선할 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112008088953218-pat00004
상기 화학식 2에서 C2는 N 또는 O이다.
상기 R5 내지 R9는 서로 같거나 다른 것으로 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 40의 알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 40의 알킬렌기로 이루어진 군에서 선택되는 것이고, 이 때, 서로 인접하는 두 종류의 R5 내지 R9는 융합링을 형성할 수 있다.
상기 A, B1 내지 B3, R1 내지 R4의 정의는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전소자용 화합물은 하기 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는 것을 사용하는 경우, 화합물의 비정질 특성을 보다 효과적으로 개선하여 소자의 구동시 발생하는 줄 열에 의한 결정화를 억제할 수 있다. 이로써, 유기광전소자의 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
[화학식 3]
[화학식 4]
Figure 112008088953218-pat00006
상기 화학식 3 및 4에서 A, B1 내지 B3, C1, C2, R1 내지 R4의 정의는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
특히, 본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전소자용 화합물의 A는 하기 화학식 5로 표시되는 것을 사용하여 정공과 전자를 모두 잘 전달할 수 있는 바이폴라(bipolar) 특성을 가질 수 있다. 이로써, 전자와 정공의 이동 특성의 균형을 이룰 수 있다.
[화학식 5]
Figure 112008088953218-pat00007
(상기 화학식 5에서 A1은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴렌, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 40의 알킬렌기이고,
A2 및 A3는 서로 같거나 다른 것으로 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴 기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 40의 알킬기이고,
n은 1 또는 2이다.)
상기 본 명세서에서 A, A1 내지 A3를 나타내는 아릴은 페닐, 비페닐, 터페닐 등과 같은 단환식 아릴인 것이 가능하고, 나프틸, 안트라세닐 등의 다환식 아릴인 것도 가능하다.
본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전소자용 화합물은 보다 구체적으로 하기 화학식 6 내지 70으로 표시되는 것을 사용할 수 있다.
[화학식 6] [화학식 7] [화학식 8] [화학식 9]
Figure 112008088953218-pat00008
Figure 112008088953218-pat00009
Figure 112008088953218-pat00010
Figure 112008088953218-pat00011
[화학식 10] [화학식 11] [화학식 12] [화학식 13]
Figure 112008088953218-pat00012
Figure 112008088953218-pat00013
Figure 112008088953218-pat00014
Figure 112008088953218-pat00015
[화학식 14] [화학식 15] [화학식 16]
Figure 112008088953218-pat00016
Figure 112008088953218-pat00017
Figure 112008088953218-pat00018
[화학식 17] [화학식 18] [화학식 19] [화학식 20]
Figure 112008088953218-pat00019
Figure 112008088953218-pat00020
Figure 112008088953218-pat00021
Figure 112008088953218-pat00022
[화학식 21] [화학식 22] [화학식 23] [화학식 24]
Figure 112008088953218-pat00023
Figure 112008088953218-pat00025
Figure 112008088953218-pat00026
[화학식 25] [화학식 26] [화학식 27]
Figure 112008088953218-pat00027
Figure 112008088953218-pat00028
Figure 112008088953218-pat00029
[화학식 28] [화학식 29] [화학식 30]
Figure 112008088953218-pat00030
Figure 112008088953218-pat00031
Figure 112008088953218-pat00032
[화학식 31] [화학식 32] [화학식 33] [화학식 34]
Figure 112008088953218-pat00033
Figure 112008088953218-pat00034
Figure 112008088953218-pat00035
Figure 112008088953218-pat00036
[화학식 35] [화학식 36] [화학식 37] [화학식 38]
Figure 112008088953218-pat00037
Figure 112008088953218-pat00038
Figure 112008088953218-pat00039
Figure 112008088953218-pat00040
[화학식 39] [화학식 40] [화학식 41] [화학식 42]
Figure 112008088953218-pat00041
Figure 112008088953218-pat00042
Figure 112008088953218-pat00043
Figure 112008088953218-pat00044
[화학식 43] [화학식 44] [화학식 45] [화학식 46]
Figure 112008088953218-pat00045
Figure 112008088953218-pat00046
Figure 112008088953218-pat00047
Figure 112008088953218-pat00048
[화학식 47] [화학식 48] [화학식 49] [화학식 50]
Figure 112008088953218-pat00049
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[화학식 51] [화학식 52] [화학식 53] [화학식 54]
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[화학식 55] [화학식 56] [화학식 57] [화학식 58]
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[화학식 59] [화학식 60] [화학식 61] [화학식 62]
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[화학식 63] [화학식 64] [화학식 65] [화학식 66]
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[화학식 67] [화학식 68] [화학식 69] [화학식 70]
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본 발명의 일구현예에 따른 유기광전소자용 화합물은 단독 또는 도펀트와 함께 호스트 재료로 사용될 수 있다. 도펀트(dopant)란 그 자체로서 발광능력이 높은 화합물을 의미하고, 호스트 재료에 미량 혼합해서 사용하기 때문에 이를 게스트(guest)라고도 한다. 상기 도펀트는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지 않으나, 보다 구체적으로 발광양자효율이 높고, 잘 응집되지 않으며, 호스트 재료 속에 균일하게(uniformly) 분포될 수 있는 형광 또는 인광의 도펀트를 사용할 수 있다.
특히, 상기 도펀트로는 삼중항 상태 이상의 다중항 여기(multiplet excitaion)에 의하여 발광할 수 있는 금속 착체(metal complex)와 같은 적색, 녹색, 청색, 및 백색으로 이루어진 군에서 선택되는 인광 도펀트 물질을 사용하는 것이 좋다. 상기 인광 도펀트는 보다 구체적으로 Ir, Pt, Os, Ti, Zr, Hf, Eu, Tb, Tm 및 이들의 조합으로 이루어진 준에서 선택되는 원소를 포함하는 유기 금속화합물을 사용할 수 있다. 보다 더 구체적으로, 적색 인광 도펀트로는 백금-옥타에틸포르피린착체(PtOEP), Ir(Piq)2(acac), Ir(Piq)3, UDC사의 RD 61 등을 사용할 수 있고, 녹색 인광 도펀트로는 Ir(PPy)2(acac), Ir(PPy)3, UDC사의 GD48 등을 사용할 수 있으며, 청색 인광 도펀트로는 (4,6-F2PPy)2Irpic 등을 사용할 수 있다. 이 때, 상기 Piq는 1-페닐이소퀴놀린(1-phenylisoquinoline)을 의미하고, acac는 아세틸아세토네이트를 의미하고, F2PPy는 2-(디플루오로페닐)피리디나토를 의미하고, pic는 피콜리네이트를 의미하며, PPy는 2-페닐피리딘(2-phenylpyridine)을 의미하는 것이 다.
본 발명의 일구현예에 따른 유기광전소자용 화합물은 유리전이온도(Tg)가 110 ℃ 이상이고, 열분해온도(Td)가 400 ℃ 이상이다. 보다 구체적으로는 유리전이온도 (Tg)가 110 내지 200 ℃의 범위이고, 열분해온도 (Td)가 400 내지 600 ℃의 범위이다. 이로써, 열적안정성 및 전기화학적 안정성을 가지는 호스트 재료 또는 전하수송 재료로 사용될 수 있는 것이다. 특히, 상기 열분해온도 (Td)는 430 ℃ 이상일 수 있다.
이러한 본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전소자용 화합물은 유기박막층에 사용되어 유기광전소자의 효율 특성을 향상시키며, 구동전압을 낮출 수 있다. 또한, 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
이에 따라 본 발명의 일 구현예는 상기 유기광전소자용 화합물을 포함하는 유기광전소자를 제공한다. 이 때, 상기 유기광전소자라 함은 유기발광소자, 유기 태양 전지, 유기 트랜지스터, 유기 감광체 드럼, 유기 메모리 소자 등을 의미한다. 특히, 유기 태양 전지의 경우에는 본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전소자용 화합물이 전극이나 전극 버퍼층에 포함되어 양자 효율을 증가시키며, 유기 트랜지스터의 경우에는 게이트, 소스-드레인 전극 등에서 전극 물질로 사용될 수 있다.
이하에서는 유기광전소자에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 다른 일 구현예는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 적어도 한 층 이상의 유기 박막층을 포함하는 유기광전소자에 있어서, 상기 유기 박막층 중 적어도 어느 한 층은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전소자용 화합물을 포함하는 유기광전소자를 제공한다.
상기 유기광전소자용 화합물을 포함할 수 있는 유기박막층으로는 발광층, 정공수송층, 정공주입층, 정공저지층, 전자수송층, 전자주입층, 전자저지층, 또는 이들이 조합된 어느 하나 이상의 층을 포함할 수 있는 바, 이 중에서 적어도 어느 하나의 층은 본 발명에 따른 유기광전소자용 화합물을 포함한다. 특히, 발광층, 정공수송층, 정공주입층, 전자수송층, 전자주입층, 및 이들이 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 층에 본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전소자용 화합물을 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전소자용 화합물을 포함하는 유기광전소자의 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전소자(100, 200, 300, 400, 및 500)는 양극(120), 음극(110), 및 이 양극과 음극 사이에 개재된 적어도 1 층의 유기박막층(105)을 포함하는 구조를 갖는다.
상기 양극(120)은 양극 물질을 포함하며, 이 양극 물질로는 통상 유기박막층으로 정공주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 상기 양극 물질의 구체적인 예로는 니켈, 백금, 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금을 들 수 있고, 아연산화물, 인듐산화물, 인듐주석산화물(ITO), 인듐아연산화물(IZO)과 같은 금속 산화물을 들 수 있고, ZnO와 Al 또는 SnO2와 Sb와 같은 금속과 산화물의 조합을 들 수 있고, 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](polyehtylenedioxythiophene: PEDT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등을 들 수 있다. 그러나 상기 양극 물질이 이들의 화합물에 한정되는 것은 아니다. 특히, 상기 양극 물질로서 ITO를 포함하는 투명전극을 사용하는 것이 좋다.
상기 음극(110)은 음극 물질을 포함하여, 이 음극 물질로는 통상 유기박막층으로 전자주입이 용이하도록 일 함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 음극 물질의 구체적인 예로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 타이타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석, 납, 세슘, 바륨 등과 같은 금속 또는 이들의 합금을 들 수 있고, LiF/Al, LiO2/Al, LiF/Ca, LiF/Al, 및 BaF2/Ca과 같은 다층 구조 물질 등을 들 수 있다. 그러나 상기 음극 물질이 이들의 화합물에 한정되는 것은 아니다. 특히, 상기 음극 물질로서 알루미늄 등과 같은 금속전극을 사용하는 것이 좋다.
먼저 도 1을 참조하면, 도 1은 유기 박막층(105)으로서 발광층(130)만이 존재하는 유기광전소자(100)를 나타낸 것으로, 상기 유기박막층(105)은 발광층(130)만으로 존재할 수 있다.
도 2를 참조하면, 도 2는 유기박막층(105)으로서 전자수송층을 포함하는 발광층(230)과 정공수송층(140)이 존재하는 2 층형 유기광전소자(200)를 나타낸 것으로서, 유기박막층(105)은 발광층(230) 및 정공 수송층(140)을 포함하는 2 층형일 수 있다. 이 경우 발광층(130)은 전자 수송층의 기능을 하며, 정공 수송층(140)은 ITO와 같은 투명전극과의 접합성 및 정공수송성을 향상시키는 기능을 한다.
도 3을 참조하면, 도 3은 유기박막층(105)으로서 전자수송층(150), 발광층(130), 및 정공수송층(140)이 존재하는 3 층형 유기광전소자(300)를 나타낸 것으로서, 상기 유기박막층(105)에서 발광층(130)은 독립된 형태로 되어 있고, 전자수송성이나 정공수송성이 우수한 막(전자수송층(150) 및 정공수송층(140))을 별도의 층으로 쌓은 형태를 나타내고 있다.
도 4를 참조하면, 도 4는 유기박막층(105)으로서 전자주입층(160), 발광층(130), 정공수송층(140), 및 정공주입층(170)이 존재하는 4 층형 유기광전소자 (400)를 나타낸 것으로서, 상기 정공주입층(170)은 양극으로 사용되는 ITO와의 접합성을 향상시킬 수 있다.
도 5를 참조하면, 도 5는 유기박막층(105)으로서 전자주입층(160), 전자수송층(150), 발광층(130), 정공수송층(140), 및 정공주입층(170)과 같은 각기 다른 기능을 하는 5 개의 층이 존재하는 5 층형 유기광전소자(500)를 나타낸 것으로서, 상기 유기광전소자(500)는 전자주입층(160)을 별도로 형성하여 저전압화에 효과적이다.
상기 도 1 내지 도 5에서 상기 유기박막층(105)을 이루는 전자 수송층(150), 전자 주입층(160), 발광층(130, 230), 정공 수송층(140), 정공 주입층(170), 또는 이들의 조합은 상기 유기광전소자용 화합물을 포함한다. 이 때, 상기 유기광전소자용 화합물은 상기 전자 수송층(150) 또는 전자주입층(160)을 포함 하는 전자수송층(150)에 사용될 수 있으며, 그 중에서도 전자수송층에 포함될 경우 정공 차단층(도시하지 않음)을 별도로 형성할 필요가 없어 보다 단순화된 구조의 유기광전소자를 제공할 수 있어 효과적이다.
상기에서 설명한 유기광전소자는, 기판에 양극을 형성한 후, 진공증착법 (evaporation), 스퍼터링 (sputtering), 플라즈마 도금, 및 이온도금과 같은 건식성막법; 또는 스핀코팅 (spin coating), 침지법 (dipping), 유동코팅법 (flow coating)과 같은 습식성막법 등으로 유기박막층을 형성한 후, 그 위에 음극을 형성하여 제조할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 상기 유기광전소자를 포함하는 표시장치를 제공한다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
유기광전소자용 화합물의 합성
실시예 1: 화학식 12의 화합물 합성
본 발명의 유기광전소자용 화합물의 보다 구체적인 예로서 제시된 상기 화학식 12의 화합물은 아래의 반응식 1과 같은 2 단계를 통하여 합성되었다.
[반응식 1]
Figure 112008088953218-pat00073
제 1 단계; 중간체 생성물(A)의 합성
3-브로모-5-피리딘카보알데하이드 (3-bromo-5-pyrdinecarbaldehyde) 10 g(0.0537 mol), 및 N-페닐벤젠-1,2-디아민 (N-phenylbenzene-1,2-diamine) 9.8 g(0.0537 mol)을 아세트산 300 ml에 녹인 후, 실온에서 12 시간 동안 환류하였다.
반응유체를 감압하여 아세트산을 제거하고, 아세트산에틸과 물로 추출하여 생긴 유체를 감압하여 용매를 제거하였다. 추출후 용매가 제거된 유체를 실리카겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여, 중간체 생성물 (A) 11 g(수율: 60 %)을 수득했다.
제 2 단계; 화학식 12의 화합물 합성
중간체 생성물(A) 5 g(0.0142 몰), 화합물 (B) 7.6 g(0.0142 몰), 및 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0)(tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0), Pd(PPh3)4) 0.49 g(0.426 mmol)을 테트라하이드로퓨란 100 ml 및 톨루엔 100 ml의 혼합용액에 현탁하고, 탄산칼륨 1.96 g(0.0142 mol)을 물 100 ml에 용해한 용액을 상기 현탁액에 가하였다. 수득된 혼합물을 질소 분위기하에서 9 시간 동안 가열 및 환류하였다. 반응이 완료된 혼합물을 추출하여 2 층으로 분리한 후, 이 중 유기층을 염화나트륨 포화수용액으로 세정하고, 무수 황산나트륨으로 건조하였다.
유기용매를 감압 하에서 증류하여 제거한 후, 그 잔류물을 톨루엔으로 재결정하여, 석출한 결정을 여과에 의해 분리하고, 톨루엔으로 세정하여, 화학식 12의 화합물 5.69 g(수율: 60%)을 수득하였다. 상기 수득된 화학식 12의 화합물을 원소 분석(EA(Elemental Analyzer))한 결과는 다음과 같다.
EA : C, 85%; H, 4.6%; N, 10%
실시예 2: 화학식 16의 화합물 합성
본 발명의 유기광전소자용 화합물의 보다 구체적인 예로서 제시된 상기 화학식 16의 화합물은 아래의 반응식 2와 같은 1 단계를 통하여 합성되었다.
[반응식 2]
Figure 112008088953218-pat00074
상기 실시예 1에서 제조된 중간체 생성물(A) 5 g(0.0142 mol), N-페닐카바졸보론산 4.1 g(0.0142 mol) 및 테트라키스-(트리페닐포스핀)팔라듐 0.49 g(0.426 mmol)을 테트라하이드로퓨란 100 ml 및 톨루엔 100 ml의 혼합용액에 현탁하고, 탄산칼륨 1.96 g(0.0142 mol)을 물 100 ml에 용해한 용액을 상기 현탁액에 가하였다. 수득된 혼합물을 질소 분위기하에서 9 시간 동안 가열 및 환류하였다. 반응이 완료된 혼합물을 추출하여 2 층으로 분리한 후, 이 중 유기층을 염화나트륨 포화수용액으로 세정하고, 무수 황산나트륨으로 건조하였다.
유기용매를 감압 하에서 증류하여 제거한 후, 그 잔류물을 톨루엔으로 재결정하여, 석출한 결정을 여과에 의해 분리하고, 톨루엔으로 세정하여, 화학식 16의 화합물 5.09 g(수율: 70%)을 수득하였다. 상기 수득된 화학식 16의 화합물을 원소 분석(EA(Elemental Analyzer))한 결과는 다음과 같다.
EA : C, 84% ; H, 4.6%; N, 10.8%
실시예 3: 화학식 21의 화합물 합성
본 발명의 유기광전소자용 화합물의 보다 구체적인 예로서 제시된 상기 화학식 21의 화합물은 아래의 반응식 3과 같은 1 단계를 통하여 합성되었다.
[반응식 3]
Figure 112008088953218-pat00075
상기 실시예 1에서 제조된 중간체 생성물(A) 5 g(0.0142 mol), 4-(1-페닐-1H-벤지미다졸-2-일)페닐보론산 4.48 g(0.0142 mol), 및 테트라키스-(트리페닐포스핀)팔라듐 0.49 g(0.426mmol)을 테트라하이드로퓨란 200 ml 및 톨루엔 200 ml의 혼합용액에 현탁하고, 탄산칼륨 1.96 g(0.0142 mol)을 물 50 ml에 용해한 용액을 상기 현탁액에 가하였다. 수득된 혼합물을 질소 분위기하에서 24 시간 동안 가열 및 환류하였다. 반응이 완료된 혼합물을 실온까지 냉각하고, 추출하여 2 층으로 분리한 후, 이 중 유기층의 용매를 감압하여 제거한 후 얻은 유체를 관크로마토그래피(핵산)로 분리한 후 용매를 제거하여 화학식 21의 화합물 4.82 g(수율: 63%)을 수득하였다. 상기 수득된 화학식 21의 화합물을 원소 분석(EA(Elemental Analyzer))한 결과는 다음과 같다.
EA : C, 82%; H, 4.6%; N, 13%
실시예 4: 화학식 70의 화합물 합성
본 발명의 유기광전소자용 화합물의 보다 구체적인 예로서 제시된 상기 화학식 70의 화합물은 아래의 반응식 4와 같은 1 단계를 통하여 합성되었다.
[반응식 4]
Figure 112008088953218-pat00076
상기 실시예 1에서 제조된 중간체 생성물(A) 5 g(0.0142 mol), 상기 화합물 (C) 5.59 g(0.0142 mol) 및 테트라키스-(트리페닐포스핀)팔라듐 0.49 g(0.426 mmol)을 테트라하이드로퓨란 100 ml 및 톨루엔 100 ml의 혼합용액에 현탁하고, 탄산칼륨 1.96 g(0.0142 mol)을 물 100 ml에 용해한 용액을 상기 현탁액에 가하였다. 수득된 혼합물을 질소 분위기하에서 9 시간 동안 가열 및 환류하였다. 반응이 완료된 혼합물을 추출하여 2 층으로 분리한 후, 이 중 유기층을 염화나트륨 포화수용액으로 세정하고, 무수 황산나트륨으로 건조하였다.
유기용매를 감압 하에서 증류하여 제거한 후, 그 잔류물을 톨루엔으로 재결정하여, 석출한 결정을 여과에 의해 분리하고, 톨루엔으로 세정하여, 화학식 70의 화합물 4 g(수율: 53%)을 수득하였다. 상기 수득된 화학식 70의 화합물을 원소 분석(EA(Elemental Analyzer))한 결과는 다음과 같다.
EA : C, 84%.10; H, 5.5%; N, 10%
실시예 5: 화학식 69의 화합물 합성
본 발명의 유기광전소자용 화합물의 보다 구체적인 예로서 제시된 상기 화학식 69의 화합물은 아래의 반응식 5와 같은 1 단계를 통하여 합성되었다.
[반응식 5]
Figure 112008088953218-pat00077
상기 실시예 1에서 제조된 중간체 생성물(A) 5 g(0.0142 mol), 화합물 (D) 7 g(0.0142 mol) 및 테트라키스-(트리페닐포스핀)팔라듐 0.49 g(0.426 mmol)을 테트라하이드로퓨란 100 ml 및 톨루엔 100 ml의 혼합용액에 현탁하고, 탄산칼륨 1.96 g(0.0142 mol)을 물 100 ml에 용해한 용액을 상기 현탁액에 가하였다. 수득된 혼합물을 질소 분위기하에서 9 시간 동안 가열 및 환류하였다. 반응이 완료된 혼합물을 추출하여 2 층으로 분리한 후, 이 중 유기층을 염화나트륨 포화수용액으로 세정하고, 무수 황산나트륨으로 건조하였다.
유기용매를 감압 하에서 증류하여 제거한 후, 그 잔류물을 톨루엔으로 재결정하여, 석출한 결정을 여과에 의해 분리하고, 톨루엔으로 세정하여, 화학식 69의 화합물 5.6 g(수율: 63%)을 수득하였다. 상기 수득된 화학식 69의 화합물을 원소 분석(EA(Elemental Analyzer))한 결과는 다음과 같다.
EA : C, 87%; H, 5.7%; N, 6.5%
비교예 1
종래의 발광층에 주로 사용되던 4,4-N,N-다이카바졸바이페닐(CBP)을 준비하였다.
[화학식 72]
Figure 112008088953218-pat00078
실험예 1: 유기광전소자용 화합물의 물성측정
(1) PL 발광 특성 (nm): 형광분석기(fluorecence spectrometer, F4500, Hitachi 사)을 이용하여, 피크(peak)를 보이는 파장을 측정하여, 하기 표 1에 기재하였다.
(2) 단일항 밴드갭 에너지 (ΔEs, eV): 형광분석기(fluorecence spectrometer, F4500, Hitachi 사) 및 UV 분광광도계(UV-VIS Spectrophotometer, 1650pc, SHIMADZU 사)를 이용하여 측정함으로써, 하기 표 1에 기재하였다.
(3) 삼중항 밴드갭 에너지 (ΔEt, eV): 형광분석기(fluorecence spectrometer, F4500, Hitachi 사)을 이용하여 측정함으로써, 하기 표 1에 기재하였다.
(4) HOMO (eV) : Cyclic voltametry(epsilon)를 이용하여 측정함으로써, 하 기 표 1에 기재하였다.
(5) LUMO (eV) : 상기 측정된 HOMO 값과 단일항 밴드갭 에너지(ΔEt)의 값을 합하여 계산되었다.
(6) 톨루엔에 대한 용해도: 톨루엔 190 mg에 상기 실시예 1 내지 4에서 합성된 유기광전소자용 화합물을 10 mg(5 중량%)을 천천히 첨가하여 녹였다. 이 때, 상기 화합물이 톨루엔에 더 이상 녹지 않을 때의 함량을 확인하여, 하기 표 1에 기재하였다.
[표 1]
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
PL
Emission		 398 nm 375nm 384nm 448nm
단일항 밴드갭 에너지
(ΔEs, eV)		 3.40 3.40 3.57 3.07
삼중항 밴드갭 에너지
(ΔEt, eV)		 ND 2.7 2.67 2.5
HOMO (eV) -5.69 -5.69 -5.24 -5.15
LUMO (eV) -2.29 -2.29 -1.67 -2.08
톨루엔에 대한
용해도 (중량%)		 5 5 5 5
※ ND: 관측되지 않음.
상기 표 1을 참조하면, 본 발명의 실시예 1 내지 4에서 합성된 화합물들의 최대발광은 유기전기발광소자의 녹색 및 적색 영역에 적합한 파장을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 또한 이러한 화합물들은 톨루엔에서 5 중량% 정도의 용해도를 보여주고 있어, 차후 용액공정에 의한 유기광전소자의 개발에 용이하게 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
유기발광소자의 제조
실시예 6
상기 실시예 1에서 제조된 화합물을 호스트로 사용하고, Ir(PPy)3를 도펀트로 사용하여 유기발광소자를 제작하였다. 양극으로는 ITO를 1000 Å의 두께로 사용하였고, 음극으로는 알루미늄 (Al) 을 1000 Å의 두께로 사용하였다.
구체적으로, 유기발광소자의 제조방법을 설명하면, 양극은 15 Ω/cm2의 면저항값을 가진 ITO 유리 기판을 50 mm × 50 mm × 0.7 mm의 크기로 잘라서 아세톤과 이소프로필알코올과 순수물 속에서 각 15 분 동안 초음파 세정한 후, 30 분 동안 UV 오존 세정하여 사용하였다.
상기 기판 상부에 진공도 650ㅧ10-7 Pa, 증착속도 0.1 내지 0.3 nm/s의 조건으로 N,N'-디페닐-N,N'-비스-[4-(페닐-m-톨릴아미노)-페닐)]-비페닐-4,4'-디아민 (N,N′-diphenyl-N,N′-bis-[4-(phenyl-m-tolyl-amino)-phenyl]-biphenyl-4,4′-diamine: DNTPD) (60 nm), 및 N,N'-디(1-나프틸)-N,N'-디페닐벤지딘 (NPB) (30 nm)을 증착하여 900 Å의 정공수송층을 형성하였다.
이어서, 동일한 진공 증착 조건에서 상기 실시예 1에서 제조된 화합물을 이용하여 막 두께 300 Å의 발광층을 형성하였고, 이 때, 인광 도펀트인 Ir(PPy)3을 동시에 증착하였다. 이 때, 인광 도펀트의 증착속도를 조절하여, 발광층의 전체량을 100 중량%로 하였을 때, 인광 도펀트의 배합량이 5 중량%가 되도록 증착하였다.
이어서, 동일한 진공 증착조건에서 Alq3를 증착하여, 막 두께 200 Å의 전자 수송층을 형성하였다.
상기 전자수송층 상부에 음극으로서 LiF와 Al을 순차적으로 증착하여 유기발광소자를 제작하였다.
상기 유기발광소자의 구조는 ITO/ DNTPD (60 nm)/ NPB (30 nm)/ EML (실시예 1의 화합물 + Ir(PPy)3, 30 nm)/ Alq3 (20 nm)/ LiF/ Al (100 nm) 의 구조로 제작되었다.
실시예 7
정공 수송층으로서 DNTPD (60 nm), 및 NPB (30 nm)을 증착한 후에 4,4',4"-트리(N-카바졸릴)트리페닐아민(TCTA) 200 Å을 더 증착하여, ITO/ DNTPD (60 nm)/ NPB (30 nm)/ TCTA (20nm)/ EML (실시예 1의 화합물 + Ir(PPy)3, 30 nm)/ Alq3 (20 nm)/ LiF/ Al (100 nm) 의 구조로 제작된 것을 제외하고는 상기 실시예 6과 동일한 방법으로 제조되었다.
실시예 8
발광층으로서 상기 실시예 1에서 제조된 화합물을 이용하여 막 두께 300 Å의 발광층을 형성하고, 이 때, 인광 도펀트인 Ir(PPy)3을 동시에 증착한 후, 바쏘쿠프로인(BCP) 50 Å을 더 증착하여, ITO/ DNTPD (60 nm)/ NPB (30 nm)/ EML (실시예 1의 화합물 + Ir(PPy)3, 30 nm)/ BCP (5 nm)/ Alq3 (20 nm)/ LiF/ Al (100 nm) 의 구조로 제작된 것을 제외하고는 상기 실시예 6과 동일한 방법으로 제조되었다.
실시예 9
정공 수송층으로서 DNTPD (60 nm)을 증착한 후에 TCTA 200 Å을 더 증착하고, 발광층으로서 상기 실시예 1에서 제조된 화합물을 이용하여 막 두께 300 Å의 발광층을 형성하고, 이 때, 인광 도펀트인 Ir(PPy)3을 동시에 증착한 후, 바쏘쿠프로인(BCP) 50 Å을 더 증착하여, ITO/ DNTPD (60 nm)/ TCTA (20 nm)/ NPB (30 nm)/ EML (실시예 1의 화합물 + Ir(PPy)3, 30 nm)/ BCP (5 nm)/ Alq3 (20 nm)/ LiF/ Al (100 nm) 의 구조로 제작된 것을 제외하고는 상기 실시예 6과 동일한 방법으로 제조되었다.
실시예 10
상기 실시예 1에서 제조된 화합물을 발광층의 호스트로 사용한 것을 대신하여, 실시예 2에서 제조된 화합물을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 6과 동일한 방법으로 제조되었다.
실시예 11
상기 실시예 1에서 제조된 화합물을 발광층의 호스트로 사용한 것을 대신하여, 실시예 2에서 제조된 화합물을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 7과 동일 한 방법으로 제조되었다.
실시예 12
상기 실시예 1에서 제조된 화합물을 발광층의 호스트로 사용한 것을 대신하여, 실시예 2에서 제조된 화합물을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 8과 동일한 방법으로 제조되었다.
실시예 13
상기 실시예 1에서 제조된 화합물을 발광층의 호스트로 사용한 것을 대신하여, 실시예 2에서 제조된 화합물을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 9와 동일한 방법으로 제조되었다.
비교예 2
상기 실시예 1에서 제조된 화합물을 발광층의 호스트로 사용한 것을 대신하여, 비교예 1의 CBP를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 6과 동일한 방법으로 제조되었다.
비교예 3
상기 실시예 1에서 제조된 화합물을 발광층의 호스트로 사용한 것을 대신하여, 비교예 1의 CBP를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 8과 동일한 방법으로 제조되었다.
비교예 4
상기 실시예 1에서 제조된 화합물을 발광층의 호스트로 사용한 것을 대신하여, 비교예 1의 CBP를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 9와 동일한 방법으로 제조되었다.
실험예 3: 유기발광소자의 평가
(1) 전압변화에 따른 전류밀도의 변화 측정
제조된 유기발광소자에 대해, 전압을 0 V 부터 10 V 까지 상승시키면서 전류-전압계(Keithley 2400)를 이용하여 단위소자에 흐르는 전류값을 측정하고, 측정된 전류값을 면적으로 나누어 결과를 얻었다.
(2) 전압변화에 따른 휘도변화 측정
제조된 유기발광소자에 대해, 전압을 0 V 부터 10 V 까지 상승시키면서 휘도계(Minolta Cs-1000A)를 이용하여 그 때의 휘도를 측정하여 결과를 얻었다.
(3) 발광효율 측정
상기 (1)과 (2)로부터 측정된 휘도와 전류밀도 및 전압을 이용하여 동일 밝기의 전류 효율(cd/A) 및 전력 효율(lm/W)을 계산하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
[표 2]
소자 구조 발광층(실시예 1의 화합물) 발광층(실시예 2의 화합물)
실시예 Vd(V) cd/A lm/W 실시예 Vd(V) cd/A lm/W
(1)DNTPD/NPB/EML/Alq3 6 5.2 25.6 17.3 10 5.1 27.5 18.6
(2)DNTPD/NPB/TCTA/EML/Alq3 7 5.1 38.3 26.1 11 5.7 40.0 24.5
(3)DNTPD/NPB/EML/BCP/Alq3 8 6.0 54.5 31.6 12 6.2 46.5 26.0
(4)DNTPD/NPB/TCTA/EML/BCP/Alq3 9 6.0 58.1 33.6 13 6.5 52.9 28.3
[표 3]
소자 구조 발광층(비교예 1의 화합물)
비교예 Vd(V) cd/A lm/W
(1)DNTPD/NPB/EML/Alq3 2 9.5 25.1 9.2
(3)DNTPD/NPB/EML/BCP/Alq3 3 8.0 21.8 9.5
(4)DNTPD/NPB/TCTA/EML/BCP/Alq3 4 7.7 42.7 19.2
상기 표 2 및 3을 참고하면, 유기발광소자의 특성 평가결과, 휘도 1000 nit에서 구동전압은 6.5 V 이하로 7.7 V와 9.5 V사이의 구동전압을 갖는 비교예의 유기발광소자와 비교하여 월등히 높은 수준의 소자 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
특히, 실시예 1 및 2에서 합성된 화합물을 발광층에 포함하는 실시예 6 내지 13에 따른 유기발광소자는 종래의 발광재료인 비교예 1의 CBP를 발광층에 포함하는 비교예 2 내지 4에 따른 유기발광소자에 비해 월등히 높은 소자 성능을 나타내었다. 특히, 발광효율의 측면에서 보더라도 종래의 발광재료를 사용하는 비교예 2 내지 4에 따른 유기발광소자에 비해 우수한 결과를 나타내었고, 전력효율의 관점에서도 실시예 6 내지 13에 따른 유기발광소자는 동일한 구조를 가지는 비교예 2 내지 4에 따른 유기발광소자에 비하여 약 1.7 배 이상의 월등한 수치를 나타내고 있다.
특히, 실시예 1의 화합물을 발광층에 포함하는 실시예 9에 따른 유기발광소자는 가장 높은 3.6 lm/W의 전력효율을 나타내었으며, 실시예 6, 8 내지 10, 12 및 13의 유기발광소자의 전력효율은 각각의 비교예 1의 CBP을 발광층에 포함하는 비교예 2 내지 4에 따른 유기발광소자의 전력효율에 비해 147 내지 330 % 향상된 결과를 확인할 수 있었다.
본 발명이 제시한 재료들은 유기발광소자의 평가 결과, 낮은 구동전압 및 높은 발광효율을 나타내며, 소자 수명도 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전소자용 화합물을 포함하여 제조될 수 있는 유기광전소자에 대한 다양한 구현예들을 나타내는 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 유기광전소자 110 : 음극
120 : 양극 105 : 유기 박막층
130 : 발광층 140 : 정공 수송층
150 : 전자수송층 160 : 전자주입층
170 : 정공주입층 230 : 발광층 + 전자수송층

Claims (12)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 유기광전소자용 화합물:
    [화학식 1]
    Figure 112012098281229-pat00079
    (상기 화학식 1에서,
    A는 치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기이고,
    상기 치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기의 치환기는 카바졸기, 플루오렌기, 벤즈이미다졸기, 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴아민기이고,
    B1 내지 B3는 서로 같거나 다른 것으로 각각 독립적으로, CR 또는 N 이고, 단, B1 내지 B3 중에서 선택된 어느 하나는 N이고, 상기 R은 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 40의 알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 것이고, 이 때, R이 A와 서로 인접하는 경우, R 및 A는 융합링을 형성할 수 있고,
    C1는 NR′ 이고, 상기 R′은 수소, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기이고,
    C2는 N이고,
    R1 내지 R4는 서로 같거나 다른 것으로 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 40의 알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 것임.)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유기광전소자용 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 것인 유기광전소자용 화합물:
    [화학식 2]
    Figure 112012098281229-pat00080
    (상기 화학식 2에서,
    A는 치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기이고,
    상기 치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기의 치환기는 카바졸기, 플루오렌기, 벤즈이미다졸기, 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴아민기이고,
    B1 내지 B3는 서로 같거나 다른 것으로 각각 독립적으로, CR 또는 N 이고, 단, B1 내지 B3 중에서 선택된 어느 하나는 N이고, 상기 R은 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 40의 알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 것이고, 이 때, R이 A와 서로 인접하는 경우, R 및 A는 융합링을 형성할 수 있고,
    C2는 N이고,
    R1 내지 R4는 서로 같거나 다른 것으로 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 40의 알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 것이고,
    R5 내지 R9는 서로 같거나 다른 것으로 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 40의 알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 것이고, 이 때, 서로 인접하는 두 종류의 R5 내지 R9는 융합링을 형성할 수 있음.)
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유기광전소자용 화합물은 하기 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는 것인 유기광전소자용 화합물:
    [화학식 3]
    Figure 112012098281229-pat00081
    [화학식 4]
    Figure 112012098281229-pat00082
    (상기 화학식 3 및 4에서,
    A는 치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기이고,
    상기 치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기의 치환기는 카바졸기, 플루오렌기, 벤즈이미다졸기, 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴아민기이고,
    B1 내지 B3는 서로 같거나 다른 것으로 각각 독립적으로, CR 또는 N 이고, 단, B1 내지 B3 중에서 선택된 어느 하나는 N이고, 상기 R은 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 40의 알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 것이고, 이 때, R이 A와 서로 인접하는 경우, R 및 A는 융합링을 형성할 수 있고,
    C1는 NR′ 이고, 상기 R′은 수소, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기이고,
    C2는 N이고,
    R1 내지 R4는 서로 같거나 다른 것으로 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 40의 알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 것임.)
  4. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 유기광전소자용 화합물의 A는 하기 화학식 5로 표시되는 것인 유기광전소자용 화합물:
    [화학식 5]
    Figure 112008088953218-pat00083
    (상기 화학식 5에서,
    A1은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴렌, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 40의 알킬렌기이고,
    A2 및 A3는 서로 같거나 다른 것으로 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 40의 알킬기이고,
    n은 1 또는 2임.)
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유기광전소자용 화합물은 하기 화학식 6 내지 17, 21 내지 23, 25 내지 29, 32 내지 40, 42 내지 53, 58, 60 내지 64, 또는 66 내지 70 중 어느 하나로 표시되는 것인 유기광전소자용 화합물:
    [화학식 6] [화학식 7] [화학식 8] [화학식 9]
    Figure 112012098281229-pat00084
    Figure 112012098281229-pat00085
    Figure 112012098281229-pat00086
    Figure 112012098281229-pat00087
    [화학식 10] [화학식 11] [화학식 12] [화학식 13]
    Figure 112012098281229-pat00088
    Figure 112012098281229-pat00089
    Figure 112012098281229-pat00090
    Figure 112012098281229-pat00091
    [화학식 14] [화학식 15] [화학식 16]
    Figure 112012098281229-pat00092
    Figure 112012098281229-pat00093
    Figure 112012098281229-pat00094
    [화학식 17]
    Figure 112012098281229-pat00095
    [화학식 21] [화학식 22] [화학식 23]
    Figure 112012098281229-pat00099
    Figure 112012098281229-pat00100
    Figure 112012098281229-pat00101
    [화학식 25] [화학식 26] [화학식 27]
    Figure 112012098281229-pat00103
    Figure 112012098281229-pat00104
    Figure 112012098281229-pat00105
    [화학식 28] [화학식 29]
    Figure 112012098281229-pat00106
    Figure 112012098281229-pat00107
    [화학식 32] [화학식 33] [화학식 34]
    Figure 112012098281229-pat00110
    Figure 112012098281229-pat00111
    Figure 112012098281229-pat00112
    [화학식 35] [화학식 36] [화학식 37] [화학식 38]
    Figure 112012098281229-pat00113
    Figure 112012098281229-pat00114
    Figure 112012098281229-pat00115
    Figure 112012098281229-pat00116
    [화학식 39] [화학식 40] [화학식 42]
    Figure 112012098281229-pat00117
    Figure 112012098281229-pat00118
    Figure 112012098281229-pat00120
    [화학식 43] [화학식 44] [화학식 45] [화학식 46]
    Figure 112012098281229-pat00121
    Figure 112012098281229-pat00122
    Figure 112012098281229-pat00123
    Figure 112012098281229-pat00124
    [화학식 47] [화학식 48] [화학식 49] [화학식 50]
    Figure 112012098281229-pat00125
    Figure 112012098281229-pat00126
    Figure 112012098281229-pat00127
    Figure 112012098281229-pat00128
    [화학식 51] [화학식 52] [화학식 53]
    Figure 112012098281229-pat00129
    Figure 112012098281229-pat00130
    Figure 112012098281229-pat00131
    [화학식 58]
    Figure 112012098281229-pat00136
    [화학식 60] [화학식 61] [화학식 62]
    Figure 112012098281229-pat00138
    Figure 112012098281229-pat00139
    Figure 112012098281229-pat00140
    [화학식 63] [화학식 64] [화학식 66]
    Figure 112012098281229-pat00141
    Figure 112012098281229-pat00142
    Figure 112012098281229-pat00144
    [화학식 67] [화학식 68] [화학식 69] [화학식 70]
    Figure 112012098281229-pat00145
    Figure 112012098281229-pat00146
    Figure 112012098281229-pat00147
    Figure 112012098281229-pat00148
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유기광전소자용 화합물은 단독 또는 도펀트와 함께 호스트 재료로 사용되는 것인 유기광전소자용 화합물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 도펀트는 적색, 녹색, 청색, 및 백색으로 이루어진 군에서 선택되는 인광 도펀트인 것인 유기광전소자용 화합물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유기광전소자용 화합물은 유리전이온도(Tg)가 110 ℃ 이상이고, 열분해온도(Td)가 400 ℃ 이상인 것인 유기광전소자용 화합물.
  9. 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 적어도 한 층 이상의 유기 박막층을 포함하는 유기광전소자에 있어서,
    상기 유기 박막층 중 적어도 어느 한 층은 상기 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 유기광전소자용 화합물을 포함하는 것인 유기광전소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 유기광전소자용 화합물은 호스트 재료 또는 전하수송재료로 사용되는 것인 유기광전소자.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 유기 박막층은 발광층, 정공수송층, 정공주입층, 전자수송층, 전자주입층, 및 이들이 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 층인 것인 유기광전소자.
  12. 제9항의 유기광전소자를 포함하는 것인 표시장치.
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